в конец

Опыт 1. Внешний фотоэффект.

Оборудование: осветитель ультрафиолетовый "Фотон", электрометр, секундомер, пластина цинковая, пластина медная, держатель, палочки из эбонита и стекла, мех, шелк, стекло, оптическая скамья. Осветитель ультрафиолетовый "Фотон" за стойку основание устанавливается на опоре. На расстоянии 40 см от осветителя помещают электрометр. На стержне электрометра закрепляют с помощью держателя цинковую пластину, предварительно с одной стороны зачищенную до блеска. Пластину располагают зачищенной стороной к осветителю «Фотон» и заряжают отрицательно от эбонитовой палочки. Включают осветитель «Фотон» и освещают цинковую пластину ультрафиолетовыми лучами. При этом наблюдают постепенную потерю цинковой пластиной отрицательного заряда. Затем заряжают цинковую пластину от стеклянной палочки положительно и тоже освещают ультрафиолетовыми лучами. Стрелка электрометра остается неподвижной даже при продолжительном облучении /до 5 мин./.

Опыт повторяют с медной пластиной и убеждаются в более медленной потере электронов по сравнению с цинковой пластиной. Время разряда обеих пластин замеряется с помощью секундомера. Если в пазы основания осветителя вставить стекло, осветить цинковую пластину, заряженную отрицательно, то разряда электрометра не происходит. Это доказывает, что разряд происходит под влиянием только ультрафиолетовой части спектра.

Опыт 2. Опыт Столетова.

Оборудование: цинковая пластина с сеткой в корпусе, осве¬титель ультрафиолетовый "Фотон", источник питания ВУП-2, оптическая скамья, гальвано¬метр демонстрационный М1032. На рейтере оптическом скамьи устанавливается с помощью держателя оправы цинковая пластина, предварительно зачиненная наждачной бумагой до блеска, с сеткой в корпу¬се и на расстоянии 15 см от нее помещается осветитель ультрафиолетовый «Фотон». Собирают приборы по схеме.

На сетку от источника питания подают напряжение +40 В. Включают осветитель "Фотон" и, освещая цинковую пластину с сеткой в корпусе, наблюдают отклонение стрелки гальвано¬метра. Если показания незначительны, то нужно еще раз зачистить цинковую пластину и уменьшить расстояние между пластиной и осветителем. Опыт пов¬торяют с изменением освещенности пластины, для чего из¬меняют расстояние /увеличивают или уменьшают в два раза/. От этого интенсивность фотоэффекта должна измениться пропорционально изменению светового потока.

Опыт 3. Зависимость фототока от напряжения и светового потока.

Оборудование: фотоэлемент в корпусе, осветитель для теневого проецирования, вольтметр демонстрационный, амперметр демонстрационный, выпрямитель универсальный ВУП-2, оптическая скамья, провода соединительные. На оптической скамье устанавливается фотоэлемент в корпусе. На демонстрационном вольтметре устанавливают шкалу для измерения 0-5 В постоянного тока, а к од¬ной его входной клемме подключают резистор 50 кОм /включение добавочного резистора расширяет предел изме¬рения вольтметра до 250 В/ Демонстрационный. амперметр используется как гальванометр. Прибор соединяют между собой по схеме. Фотоэлемент устанавливают на уровне осветителя на расстоянии примерно 30 см от него.

Для проведения опытов включают осветитель и пода¬ют напряжение на фотоэлемент. Медленно поворачивая ручку потенциометра выпрямителя ВУП , наблюдают за одновремен¬ным ростом напряжения на вольтметре и фототока на галь¬ванометре. При напряжении ≈150 В стрелка гальванометра откланяется на 2 деления. Дальнейшее повышение напряжения не приводит к увеличению фототока. Этот опыт следует повторить, устанавливая фотоэлемент на расстоянии 40 и 20 см от осветителя. Тогда соответствующие токи насыщения /I и 4 деления на гальванометре/ получаются при напряжениях 100 и 200 В. На этих опытах можно убедиться, что с изменением светового потока изменяется величина тока насыщения в соответствии с числом вырванных из катода электронов. Эти данные можно использовать для количественной оценки результатов опыта. При изменении расстояния в два раза световой поток изменяется в 4 раза, что соответствует такому же изменению тока насыщения.

ОПЫТ 4. Зависимость задерживающего напряжения от частоты света.

Оборудование: фотоэлемент в корпусе, аппарат проекцион¬ный ФОС-67, вольтметр демонстрационный, гальванометр демонстрационный М1032, ис¬точник питания ИЭПП, реостат ползунковый I кОм, набор светофильтров, провода. На демонстрационном вольтметре устанавливают шкалу для измерения постоянного тока 0-5 В, а к одной из его клемм подключают соответствующий добавочный резистор. В качестве измерителя фототока используется демонстрационный гальванометр М1032 со шкалой 5-0-5. Приборы соединяют между собой по следующей схеме:

Установленный в рейтере оптической скамьи фотоэлемент приближают к осветителю на расстояние около 10-15 см и поворотом корпуса закрывают окно фотоэлемента. Ручку потенциометра ставят в крайнее нижнее /по схеме/ положение. Включают осветитель гальванометра, переключатель чувствительности устанавливают в положение "I" /максимальная чувствительность/ и с помощью корректора направляют указатель на нулевую отметку шкалы. Приступая к опыту, включают осветитель проекционного аппарата /следует обратить внимание на неподвижность указателей измерительных приборов/. Затем, медленно поворачивая корпус фотоэлемента, направляют окно к осветителю. Световой указатель откланяется примерно на 2 деления. Снова поворачивают окно корпуса фотоэлемента, вставляют в пазы синий светофильтр и поворачивают медленно к осветителю. При этом убеждаются, что величина отклонения светового указателя уменьшилась незначительно. Повторяют опыт с желтым и красным светофильтрами и наблюдают, что при желтом светофильтре фототок значительно уменьшается, а при красном светофильтре почти прекращается. Из этих опытов делают вывод, что при отсутствии электрического напряжения на электродах фотоэлемента, возникающий в ре¬зультате освещения фототок зависит от частоты падающего на катод света. Для измерений задерживающего напряжения снова устанавливают на фотоэлемент синий светофильтр /следует обратить внимание, что к аноду фото- элемента подключен отрицательный полюс источника тока/. Включают источник тока ИЭПП и подают на потенциометр напряжение постоянного тока около 1 В. Передвигая медленно ручку потенциометра, наблюдают за показаниями вольтметра и гальванометра. Когда фототок прекращается, вольтметр показывает напряжение около 0,5 В. Это означает, что вырванные светом из катода электроны уже не могут преодолеть задерживающее поле и достигнуть анода. В заключение, не меняя установки; передвигают фотоэлемент, изменяют расстояние от осветителя, и показывают, что при определенной частоте света величина задерживающе¬го напряжения не изменяется. Используя формулы и результаты измерения задерживающего напряжения, убеждаются, что максимальная кинетическая энергия электронов растет с частотой света и не зависит от светового потока.

Опыт 5. Устройство и действие фотореле.

Оборудование: действующая модель фотореле с фотосопротивлением, лампа накаливания, источник питания, электродвигатель, лабораторный автотрансформатор ЛАТР. Вначале рассматривают с учащимися принципиальную схему фотореле с фотосопротивлением. Указывают, что в этой установке имеются две цепи: управляющая и исполнительная. В управляющей цепи последовательно включены фотосопротивление, обмотка электромагнита и полупроводниковый выпрямитель. Выпрямитель смонтирован так, чтобы в обмотке электромагнита протекал ток в одном направлении. Для сглаживания пульсаций выпрямленного тока параллельно обмотке электро¬магнита включается конденсатор. Сглаживание пульсаций необходимо для устойчивой работы реле. Прибор смонтирован на вертикальной панели. Для присо¬единения нагрузки служат клеммы А и В. Реле включают в сеть переменного тока через ЛАТР к электродвигателю. При освещении фотосопротивления происходит включение цепи нагрузки двигатель включается. При прекращении освещения двигатель выключается.

Опыт 6. Применение фотоэлементов.

а) Измерение при помощи люксметра. Оборудование: люксметр, лампа накаливания, линейка. Действие люксметра основано на зависимости силы тока в цепи фотоэлемента от освещенности. Люксметр состоит из фотоэлемента и измерителя тока, шкала которого проградуирована в люксах. Определяют освещенность, создаваемую лампой накаливания на различных расстояниях от нее. б) изучение принципа действия солнечной батареи. Оборудование: солнечная батарея БСК, осветитель, линейка, транзисторный приемник. Батарея представляет собой последовательно-параллельное соединение отдельных кремниевых фотоэлементов, вмонтированных в корпус для защиты от влаги, пыли, уда¬ров. Действие батареи основано на внутреннем фотоэффекте. Батарея предназначена для демонстрации преобразо¬вания световой энергии в электрическую. Закрепите батарею посредством держателя и стерня в лапке от штатива на расстоянии 20-30 см от осветителя. Подключите к наконечникам шнура батареи приемник. Включите осветитель и добейтесь полного освещения батареи. Включите приемник, убедитесь в его работе.

вверх
на предыдущую