Учебный прибор для демонстрации фотоэффекта Советский патент 1983 года по МПК G09B23/18 

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 регистратором 1.

Однако в учебном приборе недостаточная наглядность определения задерживающей разности потенциалов.

Цель изобретения - повышение Наглядности задерживающей разности потенциалов.

Указанная цель достигается тем что учебный прибор для демонстрации фотоэффекта, содержащий источник питания, соед иненный 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 фотоэлемента подключен к входу вертикалного отклонения, а другой - к входу горизонтального отклонения осциллографа .

Кроме того, площади отверстий диафрапфа 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 1, 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 6 подключен к вертикальному, а другой - к горизонтальному входам, регистратора 7 (осциллографа /.

Учебный прибор работает следующим образом.

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

генератор 8, то его выходное напряжение приводит к периодическому отклонени ю луча осциллографа 7 по эк- рану вдоль оси X , а также к периодическому изменению напряжения между анодом и катодом фотоэлемента 6. При этом на фотоэлектроны действуют силы, изменяющие их скорость. Соответственно изменяется фототок, протекающий через фотоэлемент 6 и

0 соединенный с фотоэлементом 6 последовательно вход у осциллографа 7. В результате на входе у осциллографа 7 происходит падение напряжения , пропорциональное силе фототог ка. Поэтому луч осциллографа 7 дополнительно смещается по вертикали, и на экране наблюдается вольт-амперная характеристика спектральной линии, длина волны которой соответствует пропусканию светофильтра 4,

0 помещаемого после источника 3 света. При смене светофильтра 4 изменения длины волны и интенсивности света, падающего на фотоэлемент 6, приводят к изменению вида вольт-амперной характеристики (фиг. 2).

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.

г 1 Если на столик основания 1

(,фиг. 1 )поместить диафрагму 5, площадь отверстия которой обратно пропорциональна интенсивности выделяемой светофильтром 4 спектральной линии-источника 3 света, то интенсивность света, прошедшего на фото. элемент 6, не зависит от выделяемой линии; и при переходе от одной линии к другой путем замены светофильтров 4 и диафрагм 5 наклон вольт- .

5 амперных характеристик на экране осциллографа 7, пропорциональный интенсивности света, падающего на фотоэлемент. 6, не изменяется, а сами характеристики смещаются (фиг.З)

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

0 Так как это смещение соответствует изменению задерживающей разности потенциалов, вызываемому изменением длины волн света при смене светофильтра, то удается измерить задерживающую разность потенциалов с точностью, определяемой лишь точностью индикатора и не зависящей от токов утечки и темновых токов.

Меняя 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

А + eU Л

Рде h - постоянная Планка/ скорость света;

с Д А е длина волны света/ работа выхода,заряд электрона;

и задерживающая разность потенциалов.

можно выделить работу выхода А и постоянную Планка по двум известным значениям длин волн Л-, и До, а также измеренной разности U,- и составляя систему двух уравнений с двумя неизвестными

Г Л.еУ, (2,

.еи,. (3)

Решая t2) и (3) совместно пол

чают

еЛ.А,

1-2(2-.)

1 (4)

С (Л,

) Представляя (4) в (2), имеют

0

(S-;

Получение учащимися этих данных убеждает их в справедливости квантово-механического объяснения явления фотоэффекта.

Эффективность предлагаемого прибора состоит в обеспечении им наглядных демонстраций явления фотоэ;ффекта и законов фотоэффекта, а также измерения зад-ерживающей разности потенциалов, работы выхода и постоянной Планка с точностью не хуже +5% (точность электронного 5 осциллографа).

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