книги / Общая физика. Оптика

4 . Определить наименьшую emj„ и наибольшую 8тах энер­ гии фотона в ультрафиолетовой серии спектра водорода (серия

Лаймана).

5. Найти наименьшую и наибольшую длины волн спек­

тральных линий в видимой области спектра.

6. В каких пределах должна лежать энергия бомбарди­ рующих электронов, чтобы при возбуждении атомов водорода ударами этих электронов спектр водорода имел только одну

спектральную линию?

7. Почему оконное стекло не разлагает белый свет на со­ ставные цвета, как при прохождении светом призмы?

8.Как влияет ширина входной щели монохроматора на его разрешающую силу?

9.Узкая фиолетовая полоска продолжена красной. Что

видит наблюдатель, смотрящий на полоски через стеклянную призму, если преломляющее ребро призмы параллельно по­ лоскам?

10.Исследуя спектр света Луны, можно судить о составе

ееповерхности. Почему это возможно?

11.Наблюдая за искрой, проскакивающей между элек­ тродами из неизвестных сплавов, можно определить химиче­ ский состав этих сплавов. Каким образом?

12.Определить длину волны X спектральной линии ато­ марного водорода, частота которой равна разности частот двух

линий серии Бапьмера: X, = 486,1 нм и Х2 = 410,2 нм. К какой серии принадлежит эта линия?

13.Вычислить для атомарного водорода длины волн пер­ вых трех линий серии Бальмера.

14.Определить минимальную разрешающую способность спектрального прибора, при которой возможно разрешить пер­ вые N= 20 линий серии Бальмера.

15.Луч белого света падает на боковую поверхность рав­ нобедренной'призмы под таким углом, что красный луч выхо­ дит из нее перпендикулярно к второй грани. Найти углы откло­ нения красного и фиолетового лучей от первоначального на­ правления, если преломляющий угол призмы составляет 45°. Показатели преломления материала призмы для красного и фиолетового лучей пкр= 1,37, иф = 1,42.

16.Что произойдет при падении белого луча под углом /= 41° на поверхность раздела стекло-воздух, если взять стекло из задания 15?

17.При падении белого света под углом / = 45° на стек­

лянную пластинку углы преломления р-лучей различных длин волн получились следующие:

Построить график зависимости показателя преломления п материала пластинки от длины волны X.

18.Сколько спектральных линий будет испускать ато­ марный водород, который возбуждают на четвертый уровень? В каком диапазоне длин волн лежат испускаемые линии?

19.Атом водорода в основном состоянии поглотил квант света с длиной волны 121,5 нм. Определить радиус электронной орбиты возбужденного атома водорода.

20.Найти длину волны X фотона, соответствующего пе­

реходу электрона со второй боровской орбиты на первую: а) в однократно ионизированном атоме гелия; б) в двукратно ионизированном атоме лития.

Лабораторная работа № б ФОТОСОПРОТИВЛЕНИЯ

Цель работы - изучение вольт-амперных и световых ха­

рактеристик фотосопротивления.

Приборы н принадлежности: фотосопротивление, ос­ ветитель, выпрямитель, переменное сопротивление, амперметр,

вольтметр.

Фотосопротивление (ФС) — устройство, сопротивление которого меняется под действием света за счет явления внут­ реннего фотоэффекта. Это явление наблюдается в диэлектри­ ках и полупроводниках.

Внутренний фотоэффект заключается в обусловленном действием света перераспределении электронов по энергети­ ческим уровням. Если энергия кванта hv превышает ширину запрещенной зоны ДW, то поглотивший квант электрон перехо­ дит из валентной зоны (В. з.) в зону проводимости (3. пр.) (рис. 1, а). В результате появляется дополнительная пара носи­ телей тока (электрон - дырка), что проявляется в увеличении электропроводности вещества.

Рис. 1

Если в веществе имеются примеси, то под действием све­ та электроны могут переходить из валентной зоны на уровни примеси (рис. 1, б) или с примесных уровней - в зону проводи­ мости (рис. 1, в). В первом случае возникает дырочная, во вто­ ром —электронная фотопроводимость.

Количество носителей тока, образующихся под действием света, пропорционально падаю­ щему световому потоку, поэтому ФС применяются для целей фото­ метрии, т.е. для обнаружения и измерения светового излучения.

Фотосопротивление (рис. 2) представляет собой обычное оми­ ческое сопротивление, состоящее из слоя полупроводника 2, нане­

сенного на изолирующую подложку 1 и заключенного между двумя токопроводящими электродами 3. Приемная площадь ФС обычно защищена пленкой прозрачного лака. В некоторых ти­ пах ФС рабочий слой делают из монокристалла.

ФС имеют высокие стабильные параметры, и их чувстви­ тельность гораздо больше, чем у фотоэлементов, в которых ис­ пользуется фотоэффект. Они широко используются для сигна­ лизации и автоматизации.

К числу основных характеристик ФС относятся вольтамперная и световая характеристики.

Вольт-амперная характеристика выражает зависимость фототока (при постоянном световой потоке) или темнового тока от приложенного напряжении U. Для большинства фотосопро­ тивлений в рабочем режиме эта зависимость фактически нели­ нейна. Рабочим называется режим, при котором приложенное напряжение является рабочим напряжением, т.е. напряжением, которое можно прилагать к ФС при длительной эксплуатации без изменения его параметров свыше установленных. Под фото­ током понимают разность между световым /с (источник света включен) и темновым /т (источник света отключен) токами: /ф =

= /с+/т Световая характеристика выражает зависимость фото­

тока от падающего на ФС светового потока постоянного спек­ трального состава при постоянном приложенном напряжении. Световые характеристики ФС нелинейны.

Порядок выполнения работы

Снятие вольт-амперной характеристики

1. Собрать электрическую схему, представленную на рис. 3. Установить ФС на максимально возможном расстоянии от осветителя.

2. Снять темновую вольт-амперную характеристику фото сопротивления, для чего, не включая источник света, изменять напряжение от 0 до 6 В через 0,5 В, при этом фиксировать зна­ чения силы тока /т. Результаты записать в табл. 1.

Таблица 1

3. Включить источник света. При неизменной освещен сти (расстояние ФС от источника света постоянно), устанавли­ вая те же значения напряжения, что и в п. 2, снять значения си­ лы тока освещенного фотосопротивления. Результаты записать в табл. 1.

12.Какая доля энергии фотона израсходована на работу вырывания фотоэлектронов, если красная граница фотоэффекта 307 нм и максимальная кинетическая энергия фотоэлектрона равна 1 эВ?

13.На цинковую пластинку падает монохроматический свет с длиной волны 220 нм. Определить максимальную ско­ рость фотоэлектронов.

14.Максимальная скорость фотоэлектронов, вылетаю­ щих из металла при облучении его у-фотонами, равна 291 Мм/с. Определить энергию фотонов.

15.До какого потенциала можно зарядить удаленный от других тел цинковый шарик, облучая его ультрафиолетовым из­

лучением с длиной волны А.= 200 нм?

16.Если освещать никелевый шар радиусом 1 см светом

сдлиной волны, вдвое меньшей красной границы фотоэффекта, то шар заряжается. Какой заряд приобретает шар?

17.При поочередном освещении поверхности некоторого металла светом с длинами волн А.| = 0,35 мкм и Х2 - 0,54 мкм обнаружили, что соответствующие максимальные скорости фо­ тоэлектронов отличаются в 2 раза. Найти работу выхода с по­ верхности этого металла

18.Цинковую пластинку освещают ультрафиолетовым

светом с длиной волны А.= 300 нм. На какое максимальное рас­ стояние от пластинки может удалиться фотоэлектрон, если вне пластинки создано однородное поле с напряженностью Е =

=10 В/см (задерживающее)?

19.Между фотокатодом и анодом приложена такая раз­ ность потенциалов, что наиболее быстрые фотоэлектроны могут пролететь только половину расстояния между электродами. Смогут ли они долететь до анода, если расстояние между элек­ тродами уменьшить вдвое при той же разности потенциалов?

20.Плоская поверхность освещается светом с длиной вол­

ны А. = 180 нм. Красная граница фотоэффекта для данного веще­ ства Ао = 360 нм. Непосредственно у поверхности создано одно­ родное магнитное поле с индукцией В = 1,0 мТл. Линии индук­ ции магнитного поля параллельны поверхности. На какое макси­ мальное расстояние от поверхности смогут удалиться фотоэлек­ троны, если они вылетают перпендикулярно поверхности?