Учебный прибор для демонстрации фотоэффекта

 

1. УЧЕБНЫЙ ПРИБОР ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ ФОТОЭФФЕКТА, содержащий источник питания, соединенный с источником света, установленные перед ним светофильтры, за которыми размещен фотоэлемент, связанный с регистратором, отличающийс я тем, что,, с целью повышения йаглялн(эсти задерживающей разности потенциалов, он имеет генератор напряжения и диафрагму с отверстиг ем, установленную между светофильтрами и фотоэлементом, причем регистратор выпojlнeн в виде осциллографа, к входу горизонтального отклонения которого.подключен генератор напряжения , при этсм один вывод фотоэлемента подключён к входу вертикального отклонения, а другой - к входу горизонтального отклонения осцил .лографа. 2. Прибор по п. 1, отличающийся тем, что площади отверстий диафрагмы обратно пропорциональны интенсивностям спектральных линий источника света. ,2

СОНИ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЯАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И (ЛНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ(И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЯЛЬСТВМ (.21 ) 2923954/28-1 2 (22) 12. 05..80 (46) 07.08.83. НКУл. 9 29 (72) А.П..Попов (53) 681;2(088.8) (56) 1. Портис A. Физическая лабора= тория. И., "Наука", 1972, с. 217. (54)(57) 1. УЧЕБНЫЙ ПРИБОР ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ ФОТОЭФФЕКТА, содержащий ис" точняк питания, соединенный с источником света, установленные перед ним светофильтры, за которыми размещен фотоэлемент, связанный с регистратором, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что,, с целью повышения йаглядности задерживающей разности

„.Я0;„, 1034064 А потенциалов, он имеет генератор напряжения и диафрагму с отверсти-, ем, установленную между светофильтрами и фотоэлементом, причем регистратор выполнен в виде осциллографа, к входу горизонтального отклонения которого, подключен генератор напряжения, при этом один вывод фотоэлемента подключен к .входу вертикального отклонения, а другой - к входу горизонтального отклонения осцил.лографа.

2. Прибор по и. 1, о т л и ч аю шийся тем, что площади отверс-. тий диафрагмы обратно пропорциональ-. ны интенсивностям спектральных линий источника света.

1034064

Изобретение относится к учебным приборам по физике и может быть использовано для демонстрации законов фотоэффекта при изучении явления фотоэффекта.

Известен учебный прибор для демонстрации фотоэффекта, содержащий источник питания, соединенный с источником света, установленные перед ним светофильтры, за которыми размещен фотоэлемент, связанный с регистратором (1 1.

Однако в учебном приборе недостаточная наглядность определения задерживающей разности потенциалов.

Uåëü изобретения повышение

Наглядности задерживающей разности потенциалов. указанная цель достигается тем„ что учебный прибор для демонстрации фотоэффекта, содержащий источник питания, соедИненный с источником света, установленные перед ним сфетофильтры, за которыми размещен фотоэлемент, связанный с р гистратором имеет генератор напряжения и диафрагму с отверстиями, установленную между светофильтрами и фотоэлементом, причем регистратор выполнен в виде осциллографа, к входу горизонтального отклонения которого подключен генератор напряжения, при этом один вывод фото- элемента подключен к входу вертикального отклонения, а другой — к входу горизонтального отклонения осциллографа.

Кроме того, площади отверстий ди- .афрагмы обратно пропорциональны интенсивностям спектральных линий источника света.

На фиг. 1 приведена схема учебного прибора; на фиг. 2 — вальтамперные характеристики двух спектральных линий без диафрагмы; на фиг. 3 — вольт-амперные характеристики с диафрагмами.

Учебный прибор содержит основание i, на котором размещен источник

2 питания, соединенный с источником 3 света. Перед источником 3 света установлены светофильтры 4 и диафрагма 5, за которыми размещен фотоэлемент б, связанный с регистратором 7.

Кроме того, прибор имеет генератор 8 напряжения. Причем регистратор 7 выполнен в виде осциллографа, к горизонтальным входам которого подключен генератор 8 напряжения, при этом один вывод фотоэлемента б подключен к вертикальному, а другой — к горизонтальному входам, регистратора 7 (осциллографа ).

Учебный прибор работает следующим образом.

При включении источника 2 питания (фиг. 1) источник 3 света осве;щает фотоэлемент 6. Когда включен

Наличие токов утечки и темнового тока приводит к ошибкам в определении задерживающей разности потенциалов (позиции 1 и 2 на фиг. 2).

Величина этих ошибок определяется тем, какая часть воль-амперных характеристик оказывается лежащей ниже координатной оси напряжения.

ECCH HB CTOJIHK QCHOBBHHH 1 (,фиг. 1 )поместить диафрагму 5, площадь отверстия которой обратно пропорциональна интенсивности выделяемой светофильтром 4 спектральной линии. источника 3 света, то интен40 сивность света, прошедшего на фото." элемент б, не зависит от выделяемой линии, и при переходе от одной линии к другой путем замены светофильтров 4 и диафрагм 5 наклон вольт45 амперных характеристик на экране осциллографа 7, пропорциональный интенсивности света, падающего на фотоэлемент б, не изменяется, а сами характеристики смещаются (фиг.3)

S0 При этом ошибки 1 и 2 (фиг. 3) определения задерживающей разности потенциалов оказываются одинаковыми, так как вызывающие их фототоки, токи утечки и темновые токи пропорциональны интенсивности света, падающего на фотоэлемент, а эта интенствность не изменяется ввиду действия диафрагм. Одинаковые ошибки 1 и 2 компенсируются при определении смещения 3 характеристик (фиг. Зj.

60 Так как это смещение соответствует изменению задерживающей разности потенциалов, вызываемому изменением длины волн света при смене светофильтра, то удается измерить задер65 живающую Разность потенциалов с точ5

25 генератор 8, то его выходное напряжение приводит к периодическому отклонению луча осциллографа 7 по экрану вдоль оси Х, а также к периодическому изменению напряжения между анодом и катодом фотоэлемента б.

При этом на фотоэлектроны действуют силы, изменяющие их скорость. Соответственно изменяется фототок, протекающий через фотоэлемент б и соединенный с фотоэлементом б последовательно вход у осциллографа 7.

В результате на входе у осциллографа 7 происходит падение напряжения, пропорциональное силе фототока. Поэтому луч осциллографа 7 дополнительно смещается по вертикали, и на экране наблюдается вольт- амперная характеристика спектральной линии, длина волны которой соответствует пропусканию светофильтра 4, помещаемого после источника 3 света.

При смене светофильтра 4 изменения длины волны и интенсивности света, падающего на фотоэлемент б, приводят к изменению вида вольт-амперной характеристики (Фиг. 2).

1034064

4 — =4.е0 . (з)

Ьс

Л2

hc

A+eU

Фж «7 ностью, определяемой лишь точностью индикатора и не зависящей от токов утечки -и темновых токов.

Меняй светофильтры 4 и диафрагмы

5, демонстрируют связь задерживающей разности потенциалов с длиной волны .света.и соответствие этой связи закону Столетова для фотоэффекта.

На основании уравнения Эйнштейна где h - постоянная Планка; с — скорость света р

Л - длина волны светау

А - работа выхода; е. - заряд электрона;

U — задерживающая разность потенциалов. можно вычрслить работу выхода А и постоянную Планка по двум известным значениям длин BQJIH Л1 и а также йзмеренной разности U> - Uz составляя систему двух уравнений с двумя неизвестными =A+ed (2)

Ъс

: Л1.

ВНИИПИ Заказ 5630/5

Тираж 488 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород,ул,Проектная. 4i

Р ешая (2) и (3) совместно пол„

5 ел„A (о u„}

Представляя (4) в (2), имеют

А е л . — u (6.) .(;-u,) л2

Получение учащимися этих данных убеждает их в справедливости Квантово-механического объяснения явле"ния фотоэффекта.

Эффективность предлагаемого прибора состоит в обеспечении им наглядных демонстраций явления фотоэффекта и законов фотоэффекта, а также измерения задерживающей разности потенциалов, работы выхода и постоянной Планка с точностью Не хуже +53 (точность электронного

25 осциллографа).