Требования к содержанию и оформлению отчета

После выполнения лабораторной работы студент представляет отчёт в следующей форме:

1. Сведения о лабораторной работе:

· номер лабораторной работы;

· название лабораторной работы;

· цель и задачи работы;

· приборы и принадлежности.

2. Методика эксперимента:

· схема установки;

· расчётные формулы.

3. Результаты измерений:

· номер таблицы;

· название таблицы;

· таблица с указанием в графах физических величин, единиц их измерения, погрешностей полученных величин.

4. Графическое представление результатов:

· указать физические величины, отложенные по осям координат, и единицы их измерения;

· построить графики.

5. Оценка погрешностей:

· вывод расчётных формул для вычисления погрешностей;

· вычисление погрешностей измеренных в эксперименте величин;

· вычисление погрешностей косвенных измерений.

6. Выводы:

· краткое изложение полученных результатов;

· соответствие или несоответствие результатов полученных экспериментальным и теоретическим путем, причины несоответствия.

Критерии результативности лабораторной работы

Лабораторная работа считается выполненной, если студент:

· получил экспериментальные и расчетные данные, соответствующие действительным результатам лабораторной работы;

· выполнил все расчеты согласно требованиям таблиц экспериментальных данных;

· правильно оценил погрешности измерений;

· сформулировал выводы о проделанной работе;

· представил индивидуальный письменный отчет, оформленный в соответствии с предъявляемыми к нему требованиями;

· подготовил ответы на все контрольные вопросы данной лабораторной работы.

Контрольные вопросы

1. Какое излучение называется тепловым? Каковы его свойства?

2. Что такое энергетическая светимость и спектральная плотность энергетической светимости? Как они связаны и в каких единицах измеряются?

3. Что такое поглощательная способность? Какие тела называются абсолютно черными? Какие тела называются серыми?

4. Сформулируйте законы теплового излучения.

5. Какие гипотезы положил Планк в основу вывода формулы для излучательной способности черного тела?

6. Каково устройство и принцип работы оптического пирометра с исчезающей нитью?

7. Что называется яркостной температурой?

8. Какую энергетическую светимость имеет абсолютно черное тело, если максимум спектральной плотности его энергетической светимости приходится на длину волны 484 нм?

Список литературы

1. Детлаф А. А. Яворский Б.М. Курс физики: учебное пособие. – 8-е изд., стер. – М.: Академия, 2009. – 720 с.

2. Савельев И. В. Курс общей физики. В 5 т. Т. 1. Механика: учебное пособие. – СПб.: Издательство «Лань», 2011. – 352 с.

3. Трофимова Т. И. Курс физики. – М.: Высшая школа, 2012.

4. Трофимова Т. И. Физика в таблицах и формулах: учебное пособие для студентов высших учебных заведений, обучающихся по техническим специальностям. – 3-е изд., испр. – М.: Академия, 2009. – 448 с.

Лабораторная работа № 8

Исследование явления внешнего фотоэффекта

Цель работы

– Ознакомление студентов с законами внешнего фотоэффекта.

8.2. Задачи работы:

– Исследовать вольт-амперную характеристику фотоэлемента.

– Определить работу выхода электрона с поверхности металла.

– Определить красную границу фотоэффекта.

Введение

Возникновению электроники как науки предшествовало изобретение радио, для которой требовалось наличие элементной базы. Элементная база первого поколения была основана на электронно-вакуумных лампах (ЭВЛ) и вакуумных фотоэлементах (ВФ), работающие на явлении внешнего фотоэффекта.

Постепенно ЭВЛ и ВФ совершенствовались и усложнялись, однако в 70-х – 80-х годах их перестали использовать, так как они обладали существенными недостатками, прежде всего, большими размерами и высокой потребляемой мощностью.

В настоящее время явление внешнего фотоэффекта применяется в фотоэлектронных умножителях для измерения малых лучистых потоков, в частности ими регистрируют сверхслабую биолюминесценцию, что важно при биофизических исследованиях. На внешнем фотоэффекте основана работа электронно-оптического преобразователя (ЭОП), предназначенного для преобразования изображения из одной области спектра в другую, а также для усиления яркости изображений. В медицине ЭОП применяют для усиления яркости рентгеновского изображения, что позволяет значительно уменьшить дозу облучения человека.

Если сигнал с ЭОП подать в виде развертки на телевизионную систему, то на экране телевизора можно получить «тепловое» изображение предметов. Такой принцип используется в тепловизорах.

8.4. Компетенции, формируемые в результате выполнения
лабораторной работы

В результате выполнения лабораторной работы формируются следующие компетенции:

· способность демонстрировать базовые знания в области общенаучных дисциплин и готовность использовать основные законы в профессиональной деятельности;

· способность проводить эксперименты по заданной методике, обработку результатов, оценку погрешности и достоверности их результатов;

· способность сопоставлять экспериментальные данные с теоретическими положениями;

· способность оформлять, представлять и докладывать результаты выполненной работы.

Перечисленные компетенции формируются через умения:

· работать с измерительными приборами;

· рассчитывать физические величины по экспериментальным данным;

· анализировать результаты опыта;

· оформлять отчет;

а также владения:

· теоретическим материалом;

· навыками измерения физических величин по приборам;

· технологией обработки экспериментальных данных.

Теоретическая часть

Фотоэффект

Большое число современных промышленных и лабораторных установок для измерения, контроля и регулирования различных физических и технологических процессов основаны на применении чувствительных к свету элементов – фотоэлементов.

В фотоэлементах используются явление фотоэффекта – процесс испускания электронов веществом под действием электромагнитного излучения. Фотоэффект возникает в основном в металлах и полупроводниках под действием падающего на их поверхность света. В настоящее время известны три вида фотоэффекта:

1. Внешний фотоэффект, представляет собой фотоэлектронную эмиссию с поверхности металлов.

2. Внутренний фотоэффект, заключающийся в изменении электрического сопротивления некоторых полупроводников под действием света.

3. Вентильный фотоэффект, в результате которого возникает разность потенциалов между слоями двух веществ с различной природой электропроводности.

Соответственно названным трем видам фотоэффекта различают три типа фотоэлементов: фотоэлементы с внешним фотоэффектом, фотосопротивления с внутренним фотоэффектом и вентильные фотоэлементы.

Для внешнего фотоэффекта существует три закона:

1. При фиксированной частоте n падающего света число фотоэлектронов, испускаемых фотокатодом в единицу времени, пропорционально интенсивности света I (сила фототока насыщения пропорциональна энергетической освещенности катода).

2. Максимальная начальная скорость  u (максимальная начальная кинетическая энергия) фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, а определяется только его частотой n.

3. Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта (зависящая от химической природы вещества и состояния его поверхности) – минимальная частота  света, ниже которой фотоэффект невозможен.

Схема установки для наблюдения фотоэффекта показана на рис. 22. Основным элементом установки является вакуумная лампа 1, содержащая два электрода – катод 2 и анод 3. Как показано на рисунке, свет проходит сквозь кварцевое окошко и попадает на катод. Испущенные катодом вследствие фотоэффекта электроны (фотоэлектроны) попадают на анод. В результате в цепи возникает ток, измеряемый микроамперметром 4. Представленная на рис. 22 лампа является фотоэлементом – прибором, ток через который протекает тогда, когда на лампу попадает свет. Напряжение между анодом и катодом можно регулировать с помощью потенциометра 6 измеряя вольтметром 5.

Рис. 22. Схема установки: 1 – фотоэлемент; 2 – катод; 3 – анод; 4 – микроамперметр; 5 – вольтметр; 6 – потенциометр

Вольт-амперная характеристика фотоэлемента имеет вид, представленный на рис. 23 (вольт-амперная характеристика снимается при постоянной интенсивности светового потока). Из этой кривой видно, что с ростом U фототок возрастает и при некотором значении напряжения достигает насыщения . При этом все фотоэлектроны, выбитые из катода, достигают анода, поэтому дальнейшее увеличение напряжения на аноде не приводит к увеличению тока в цепи. При  фототок не прекращается. Это значит, что выбитые из катода фотоэлектроны обладают некоторой начальной скоростью u, что и позволяет им достигнуть анода без внешнего поля. Если к аноду приложено отрицательное напряжение, то вылетевшие из катода фотоэлектроны тормозятся и при некоторой величине задерживающего напряжения  фототок прекращается, так как все фотоэлектроны возвращаются на катод.

Рис. 23. Вольт-амперная характеристика фотоэлемента

Величина  связана с максимальной скоростью вылетевших из катода фотоэлектронов следующей зависимостью

,

где m – масса электрона, e – заряд электрона.

Было выяснено, что  не зависит от интенсивности света, а зависит только от его длины волны – скорость тем больше, чем короче длина волны. Однако, согласно классической физики скорость электронов должна быть тем больше, чем больше амплитуда и, соответственно, интенсивность электромагнитной волны, падающей на катод.

В 1905 г. для объяснения свойств фотоэффекта А. Эйнштейн выдвинул квантовую теорию фотоэффекта, согласно которой свет с частотой ν поглощается такими же порциями энергии  (квантами), какими он, согласно теории Планка, излучается (h – постоянная Планка). Кванты электромагнитного излучения, движущиеся со скоростью света с в вакууме, называются фотонами. Согласно Эйнштейну, энергия падающего фотона расходуется на совершение электроном работы выхода  из металла и на сообщение вылетевшему электрону кинетической энергии.

Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта:

.

Это уравнение объясняет зависимость кинетической энергии фотоэлектронов от частоты падающего света. Предельная частота  (или длина волны ), при которой кинетическая энергия фотоэлектронов становится равной нулю, и есть красная граница фотоэффекта.

Существует и другая форма записи уравнения Эйнштейна для фотоэффекта:

,

полученная заменой  и

---

Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 217; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!