Цел на работата:проучување на феноменот на дифракција и определување на брановата должина на светлината.
Теоретски информации.
Дифракција на бранот е феномен на изобличување на брановиот фронт кога брановите се шират во остро нехомогена средина. Особено, дифракцијата е влегување на брановите во областа на геометриска сенка и свиткување околу пречките и расејување на брановите од атомите кристална решетка, И цела линијадруги појави. За време на дифракцијата, нужно се јавува суперпозиција на расфрлани бранови и, по правило, се јавува прераспределба на брановата енергија во просторот, т.е. дифракцијата е неразделна од интерференцијата.
Дифракционата шема може да се пресмета со користење Принципот Хајгенс-Френел:секоја точка на брановиот фронт е извор на секундарни бранови, чија обвивка ја дава позицијата на брановиот фронт во секое наредно време, и резултантна осцилацијаво која било точка пред брановиот фронт е суперпозиција на осцилации кои доаѓаат од сите точки на брановиот фронт.
На пример, кога рамниот бран е дифракција со процеп (сл. 1), бранот се расфрла со различен интензитет во сите правци; леќата собира паралелни секундарни бранови до една точка на екранот лоцирана во фокусната рамнина на леќата, каде што тие пречат. Користејќи го методот Fresnel zone, може да се покаже дека во насоки што ја задоволуваат состојбата 
(1)
каде m = 1, 2, 3,...., интензитетот на светлината ќе биде минимален.
Ако нема еден процеп, туку N, тогаш на секој процеп бранот дифрактира на сличен начин, а шемата на дифракција е резултат на интерференцијата на N кохерентни зраци.
Нека рамниот бран е вообичаено случен на екран во кој се сечат N паралелни процепи со ширина a секоја од нив. Растојание помеѓу слотови б. Магнитуда 
наречен период на структура.
Како што може да се види од сл. 2, разликата на патеката помеѓу два соседни греди 
(2)
каде што е аголот на дифракција. На оние точки на екранот каде што сите N зраци пристигнуваат во иста фаза, тие меѓусебно ќе се интензивираат и на овие места ќе се набљудуваат таканаречените максимални максими на главното осветлување. Според тоа, главните максими ќе одговараат на аглите на дифракција за кои разликата на патеката е еднаква на цел број бранови должини, т.е.
, (3)
Каде м = 0, 1, 2, 3,....
Амплитудата на осцилациите во главните максими ќе биде N пати, а интензитетот (осветлувањето) N 2 пати поголем отколку од еден процеп.
Малите странични максими прикажани на слика 2 имаат интензитет повеќе од 20 пати помал од главните и затоа не се од интерес. Треба да се запомни дека во насоките определени со формулата (1), ниту еден процеп не испраќа светлосен зрак, а следствено, ниту системот на процепи. Но, покрај овие минимуми на дифракција, ќе се забележат и многу други, одделени со странични максими, но и тие не се од значајна важност. На N>100, шемата на дифракција всушност се состои од тесни светлосни појаси - главни максими, одделени со темни простори. Дистрибуција на интензитет на еднобојна светлина кога осветлува систем на големо количествоПразнините се квалитативно прикажани на сл. 3.
Спектрален уред кој се состои од стаклена или метална плоча со линии испечатени на неа и работи според принципот опишан погоре се нарекува дифракциона решетка.
Формулата (3) се нарекува формула за дифракциона решетка. Кога решетката е осветлена со бела или која било друга немонохроматска светлина, таа се распаѓа на спектар, бидејќи Секоја бранова должина одговара на одредена положба на максимумот на екранот. На пример, шемата на дифракција забележана кога решетката е осветлена со бела светлина ја има формата прикажана на сл. 4.
Најдобрите модерни решетки имаат 1200 линии на милиметар, т.е. 
µm, на вкупен бројслотови (потези) N=200000. Должината на таквата решетка е 20 см, а должината видлив спектароколу 70 см, а се запазува само првиот ред.
Дифракционите решетки се користат за проучување на спектрите.
Дијаграм за инсталација
У 
Поставката за набљудување на шемата на дифракција се состои од дрвена прачка на која е поставена решетка за дифракција. По должината на шината се движи штит со тесен отвор и линијар со милиметарска скала. Улогата на леќата ја врши леќата на окото XP. Сликата на јазот се формира на мрежницата на окото SG и се забележува на позадината на милиметарска скала. Димензиите на очното јаболко и растојанието од очите до решетката може да се занемарат во споредба со растојанието од процепот до решетката L. Процепот е осветлен со електрична сијалица L. Ако го погледнете осветлениот шлиц преку дифракциона решетка, потоа покрај централната слика на процепот во бела светлина од двете страни се видливи и нејзините симетрични виножито RI слики (спектри). Аголот на дифракција се одредува според положбата на максимумот на дифракција на милиметарската скала.
Од геометриски конструкциијасно е дека 
,
Каде
л –
растојание од централната слика на процепот (m = 0) до една од страничните слики; L е растојанието од решетката до отворот. Со оглед на тоа 
за мали агли на дифракција добиваме
(4)
Користејќи ги формулите (3) и (4), добиваме израз за пресметување на брановата должина λ, во кој лесно се мерат сите количини на инсталацијата: 
(5)
Работниот ред
1. Поврзете го уредот со мрежата.
2. Со окото блиску до решетката за дифракција, насочете го уредот кон изворот на светлина за да можете да гледате од двете страни на процепот на штитот спектри на дифракција 1-ви и 2-ри нарачки.
3. Измерете го растојанието L – од штитникот до дифракционата решетка.
4. Измерете го растојанието л– од средината на централниот максимум до средината на максимумот од прв ред со сина боја.
5. Користејќи ја формулата (5), пресметајте ја брановата должина на сината светлина.
6. Направете го експериментот за вториот ред на сина боја. Добиените податоци внесете ги во табелата.
7. Земете слични мерења за жолта, зелена и црвена боја како што е наведено од наставникот.
8. Пресметај го отстапувањето од средната вредност 
и ставете го во табелата.
л вм | <>, nm | ||||
Контролни прашања.
1. Што е дифракција? Во што специфични појавидали се појавува?
2. Како е формулиран принципот Хајгенс-Френел?
3. Кои се главните максими? Како се појавуваат?
4. Кои се минимумите на дифракција? Каква е нивната природа?
5. Што се случува со шемата на дифракција како што се зголемува бројот на процепите N? (Објасни графички).
6. Што е дифракциона решетка? Како се прави?
7. Како се пишува и објаснува формулата на главните максими (формула за дифракциона решетка)?
8. Каква слика се забележува на екранот кога решетката е осветлена со бела светлина, светлина на жива светилка?
9. Почнувајќи од кој ред m се преклопуваат спектрите на дифракција? видлива светлина?
10. Која е улогата на леќата на телескопот во формирањето на дифракционата шема? Дали леќата може да се замени со око?
11. На кое растојание од леќата на телескопот треба да се постави екранот за да се набљудува шемата на дифракција?
12. Која е употребата на дифракција во науката и технологијата?
13. Објаснете го изгледот на белата лента во центарот на дифракционата шема кога е осветлена со бела светлина.
14. Кој е редот на боите во спектрите на дифракција?
Литература.
1. Савељев И.В. Курс по физика. Т.2 - М., Наука, 1989. Пар. 90,91,93,94.
2. Бутиков Е.И. Оптика. - М.5 Факултетот, 1986. Пар. 6.1, 6.3, 6.5.
Лабораториска работа бр.33
1. Што е принципот Хајгенс-Френел?
2. Кои бранови се нарекуваат кохерентни?
3. Што се нарекува дифракција на светлината? Како се објаснува овој феномен?
4. Каков е редот на боите во спектрите на дифракција? Која е бојата на нултиот максимум?
5. Која е разликата помеѓу спектрите на дифракција произведени од решетки со ист број процепи, но со различни константи, и решетки со исти константи, но со различни количинипукнатини?
6. Како ќе се промени ефектот на дифракционата решетка ако се стави во вода?
7. Како да се објасни формирањето на дифракционен спектар од еден процеп на екранот од зраците што минуваат низ процепот? Што ја одредува распределбата на интензитетот во центарот на екранот?
8. Еднодимензионална дифракциона решетка. Како се објаснува формирањето на дифракциона шема на екранот? Во кои точки се забележани максимумите на интензитетот, на кои минимуми и зошто?
9. Како се разликуваат шемите на дифракција кога решетката е осветлена со монохроматска светлина и бела светлина? Како да се објаснат овие појави?
10. Што е светлосно пречки? Дали овој феномен е вклучен во формирањето на дифракциониот спектар на процеп или решетка?
11. Белата светлина обично се спушта на еднодимензионална дифракциона решетка која содржи 100 процепи на 1 mm. Како ќе се дистрибуира интензитетот на светлината на екранот? Колку дополнителни падови има на екранот помеѓу двете главни високи? Кои се условите за формирање на големи максими и големи минимуми?
12. Белата светлина паѓа нормално на решетка за дифракција и на тенка леќапоголем дијаметар. Како да се објаснат обрасците што се формираат на екранот кога светлината поминува низ леќа и дифракциона решетка?
13. Кои се брановите должини на видливата светлина? Дали се предмет на дисперзија?
14. Од што зависи ширината на опсезите на дифракциониот спектар? Што се забележува на екранот ако ширината на процепот е многу поголема од брановата должина l? Како се објаснува овој феномен?
15. Колку изнесува линеарната и аголната дисперзија на дифракционата решетка?
16. Колкава е моќта на разрешување на дифракционата решетка?
17. Наведи пример за шеми на дифракција добиени за двајца спектрални линиикористење на решетки кои се разликуваат по резолуција и линеарна дисперзија.
Лабораториска работа бр.4
Проучување на струјно-напонски карактеристики на фотоелемент
4.1. Цели и цели на работата
Цели на работа:
– Запознавање на студентите со изучувањето на законите надворешен фотоелектричен ефект.
Работни цели:
– Проучување на струјно-напонски карактеристики на фотоелемент.
– Одредување на мерна грешка.
4.2. Теоретски дел
4.2.1. Фото ефект
Голем број современи индустриски и лабораториски инсталации за мерење, следење и регулирање на различни физички и технолошки процесисе засноваат на употреба на елементи осетливи на светлина - фотоелементи.
Се користи во фотоелементи електрични појави, кои произлегуваат во метали и полупроводници под влијание на светлина што се спушта на нивната површина. Овие појави се нарекуваат фотоелектричен ефект и се состојат во тоа што електроните лоцирани во спроводникот добиваат дополнителна енергија од прозрачен флукс.
Во моментов, познати се три типа на фотоелектрични ефекти:
1. Надворешниот фотоелектричен ефект е емисија на фотоелектрон од површината на металите.
2. Внатрешен фотоефект, кој се состои во менување електричен отпорнекои полупроводници под влијание на светлината.
3. Фотоелектричен ефект на вентилот, како резултат на кој се јавува потенцијална разлика помеѓу слоеви од две супстанции со различна природа на електрична спроводливост.
Според трите типа на фотоефект споменати погоре, се разликуваат три типа на фотоелементи: фотоелементи со надворешен фотоефект, фотоотпорници со внатрешен фотоефект и вентилски фотоелементи.
Во 1890 година беа формулирани три закони за надворешниот фотоелектричен ефект:
1. При фиксна фреквенција на упадна светлина, бројот на фотоелектрони што ги емитува фотокатодата по единица време е пропорционален на интензитетот на светлината (јачината на заситената фотоструја е пропорционална со зрачењето на катодата).
2. Максимум почетна брзина(максимум почетна кинетичка енергија) фотоелектроните не зависат од интензитетот на упадната светлина, туку се определува само со неговата фреквенција n.
3. За секоја супстанција постои црвена граница на фотоелектричниот ефект (во зависност од хемиска природасупстанцијата и состојбата на нејзината површина) е минималната фреквенција на светлината под која фотоелектричниот ефект е невозможен.
За да го објасни механизмот на фотоелектричниот ефект, Ајнштајн сугерираше дека светлината со фреквенција n не се емитува само од поединечни кванти (според хипотезата на Планк), туку и се шири во вселената и се апсорбира од материјата во одделни делови (кванти), енергијата на што е .
Кванти електромагнетно зрачење, движејќи се со брзина на светлината Сово вакуум се нарекуваат фотони.
Енергијата на упадниот фотон се троши на електронот кој ја извршува работата на напуштање на металот и на пренесување на кинетичка енергија на емитираниот електрон.
Ајнштајнова равенка за надворешниот фотоелектричен ефект:
.
Оваа равенка ја објаснува зависноста на кинетичката енергија на фотоелектроните од фреквенцијата на упадната светлина. Ограничувачката фреквенција (или бранова должина) при која кинетичката енергија на фотоелектроните станува нула е црвената граница на фотоелектричниот ефект.
Постои уште една форма на пишување на Ајнштајновата равенка за фотоелектричниот ефект:
.
4.2.2. Фотоелементи со надворешен фотоефект
Фотоелемент со надворешен фотоелектричен ефект е диода во која емисијата на електрони од катодата се јавува под влијание на случаен светлосен флукс врз неа.
Структурата на фотоелементот е прикажана на сл. 10. Во херметички затворен стаклен сад има две електроди - катода 1 и анода 2. Фотокатодата се прави со нанесување на фотосензитивен материјал на внатрешна површинастаклена сијалица на фотоелементот така што фотосензитивниот слој е свртен кон внатрешноста на сијалицата. Цезиумот најчесто се користи како фотосензитивен материјал. Анодата на фотоелементот е направена во форма на мал прстен (или мрежа), кој е монтиран на нога во основата. Со оваа форма, анодата не ги спречува светлосните зраци да стигнат до катодата.
Фотоелементите со надворешен фотоелектричен ефект се произведуваат во два вида: вакуум и наполнети со гас. Во вакуумските фотоелементи, воздухот се испумпува до длабок вакуум. За оние наполнети со гас, по испумпувањето на воздухот, колбата се полни инертен гас(аргон, хелиум) до притисок од редот од 0,01 - 1 mm. rt. чл.
За да се проучи зависноста на јачината на фотострујата од осветлувањето и напонот на електродите, се составува коло прикажано на слика 1. 11. Фотоќелијата е прикажана во форма погодна за презентација. Осветлувањето на катодата се менува со менување на растојанието помеѓу и фотоелементот. Како што се зголемува растојанието на изворот на светлина, осветлувањето се менува според законот:
Каде Ј- светлосен интензитет на изворот, р– растојание помеѓу изворот на светлина и фотоќелијата.
Како што се приближувате до изворот, осветлувањето се зголемува според законот:
каде за различни значењамноштво на осветлување Е, 2Е, 3Е, ... растојанието помеѓу изворот на светлина и фотоелементот ќе биде еднакво на 
….
|
Ориз. 11. Дијаграм за инсталација |
4.3. Уреди идодатоци:
– Лабораториски уред – 1 ЕЕЗ.
- Жици - 2 ЕЕЗ.
– Напојување – 1 ЕЕЗ.
4.4. Работниот ред
1. Поврзете го изворот на енергија со уредот. Вклучете го изворот на енергија, уредот и фотоелементот користејќи ги прекинувачите.
2. Поставете го изворот на светлина на растојание род фотоќелија.
3. Измерете ја јачината на фотострујата со менување на напонот од 0 V на 7 V во интервали од 1 V.
4. Повторете го чекор 3 за растојанија од изворот на светлина до фотоелементот еднакви на , https://pandia.ru/text/78/242/images/image069_4.gif" width="17" height="53 src="> Мерењата на резултатите треба да се внесат во табелата 7.
5. Користејќи ги нумеричките податоци во табелата, нацртајте ја на еден графикон зависноста на јачината на фотострујата од напонот при различно осветлување.
Табела 7. Струјно-напонски карактеристики на фотоелементот
Јас, µA | ||||||||||
4.5. Контролни прашања
1. Како функционира фотоелементот со надворешен фотоефект?
2. Формулирајте ги законите на фотоелектричниот ефект.
3. Што се нарекува струја на заситување на фотоелементот?
4. На која фреквенција на упадната светлина се забележува фотоелектричниот ефект? Која е црвената граница на фотоелектричниот ефект?
5. Зошто фотострујата се зголемува со зголемување на фотоосветлувањето при ист напон на контактите на фотоелементот?
6. Според кој закон се зголемува осветлувањето на фотоелементот додека се приближува до изворот на светлина?
7. Како се објаснува зголемувањето на фотострујата кога напонот на контактите на фотоелементот се зголемува со постојано осветлување?
8. Скицирај фотоелемент со надворешен фотоелектричен ефект, именувај ги неговите елементи и објасни го принципот на работа
9. Врз основа на конструираната струјно-напонска карактеристика на фотоелементот, објаснете го концептот на заситениот регион.
10. Како зависи излезната струја од осветлувањето на фотоелементот? Објаснете ја оваа зависност.
11. Како се формулирани законите на надворешниот фотоелектричен ефект?
12. Дали во оваа работа се потврдуваат законите на фотоелектричниот ефект?
13. Запишете ја формулата на Ајнштајн за надворешниот фотоелектричен ефект и анализирајте ја. Кои компоненти од формулата на Ајнштајн се потврдуваат со извршената лабораториска работа?
14. Кој напон се нарекува напон на палење, од што зависи?
Лабораториска работа бр.5
Проучување на поларизација на светлината
5.1. Цели и цели на работата
Цели на работа:
– Запознавање на учениците со феноменот на поларизација на светлината.
Работни цели:
– Одредете го индексот на прекршување на стаклото користејќи го Брустеровиот агол.
– Експериментално проверете ја валидноста на законот на Малус.
– Определете ги шаблоните при набљудување на двојното прекршување на кристал на исландски спар.
5.2. Теоретски дел
5.2.1. Поларизација на светлината
Како што е познато, рамен електромагнетен светлосен бране попречно и го претставува ширењето на меѓусебните нормални осцилации: векторот на напнатост електрично полеи вектор на напнатост магнетно поле(Сл. 12, а)..gif" width="24" height="25 src="> се подразбира.
Светлосниот зрак во кој различни векторски насоки во рамнината попречна на насоката на ширење на бранот се подеднакво веројатни се нарекува природен. ВО природна светлинафлуктуации различни насокибрзо и случајно заменуваат едни со други (сл. 12, б).
Светлината во која насоките на векторските осцилации се на некој начин подредени и се покоруваат на некоја шема се нарекува поларизирана..gif" width="20" height="25"> ако нејзиниот крај опишува круг или елипса, тогаш светлината се нарекува поларизирано соодветно кружно или елипсовидно поларизирано (сл. 13, б, В). Со линеарна поларизација, рамнината што го содржи зракот и векторот се нарекува рамнина на осцилација или рамнина на поларизација на бранот.
За да се добие линеарно поларизирана светлина, се користат специјални оптички уреди - поларизатори. Рамнина на осцилација електричен векторво бранот што минува низ поларизаторот се нарекува рамнина на поларизаторот.
Секој поларизатор може да се користи за проучување на поларизирана светлина, односно како анализатор. Во овој случај, рамнината на вибрации на пренесената светлина ќе се совпадне со рамнината на анализаторот. Интензитет Јаслинеарно поларизираната светлина откако ќе помине низ анализаторот зависи од аголот a, формирана од авионосцилации на зракот што паѓа на анализаторот со рамнината на анализаторот, според законот на Малус
,
каде што https://pandia.ru/text/78/242/images/image070_2.gif" width="20" height="25">, нормално на рамнината на инциденца, цртичките се вибрации во рамнината на инциденца. Степенот на поларизација на рефлектираниот зрак зависи од релативниот индекс на рефракција и од агол на инциденца јас. Кога зрак паѓа на авион МННа аголот на Брустер, рефлектираниот зрак е целосно поларизиран. Прекршениот зрак е делумно поларизиран. Сооднос
наречен Брустеровиот закон. Рамнината на осцилација на електричниот вектор во рефлектираната светлина е нормална на рамнината на инциденца (сл. 14).
Бидејќи светлината што се рефлектира од диелектричната плоча е делумно (или дури и целосно) поларизирана, пренесената светлина е исто така делумно поларизирана и станува мешана светлина. Доминантните осцилации на електричниот вектор во пренесената светлина ќе се појават во рамнината на инциденца. Максимална, но не и целосна, поларизација на пренесената светлина се постигнува кога ќе се сруши под аголот на Брустер. За да се зголеми степенот на поларизација на пренесената светлина, се користи куп стаклени плочи, лоцирани под агол на Брустер во однос на упадната светлина. Во овој случај, можно е да се добие речиси целосно поларизирана пренесена светлина, бидејќи секој одраз ги ослабува пренесените вибрации. нормални рамнинипаѓа во одредени аспекти.
5.2.3. Прекршување на светлината во биконвексни кристали
Некои кристали имаат својство на двојно прекршување. Прекршувајќи во таков кристал, светлосниот зрак е поделен на два линеарно поларизирани зраци со меѓусебно нормални насоки на осцилација. Еден од зраците се нарекува обичен и е означен со буквата О, вториот е извонреден и се означува со буквата д.
Обичен зрак го задоволува обичниот закон за прекршување и лежи во иста рамнина како и упадниот зрак и нормалата. За извонреден зрак, односот на синусите на аглите на инциденца и прекршување не останува константен како што се менува аголот на инциденца. Покрај тоа, извонредниот зрак, по правило, не лежи во рамнината на инциденцата и отстапува од зракот Одури и со нормална инциденца на светлина.
Со отклонување на еден од зраците на страна, можете да добиете рамно-поларизиран зрак. Така е конструирана, на пример, поларизациската призма на Николас (сл. 15). Двете природни лица на исландскиот спар кристал се исечени за да се намали аголот меѓу лицата на 68°. Потоа кристалот се сече на два дела по должината на рамнината БДпод агол од 90° во однос на новите лица. По полирањето, исечените површини се залепуваат со канадски балзам со индекс на рефракција што ја задоволува состојбата. 
, каде и индексите на рефракција на Исланд спар за обични и извонредни зраци.
Паѓање под агол поголем од ограничувачкиот на рамнина БД, обичен зрак се подложува на целосен внатрешен одразна границата спар-балзам..gif" width="77 height=32" height="32">.gif" width="76" height="32 src=">, измерете ја количината на осветлување. Изградете графикон 
и донесе заклучок.
https://pandia.ru/text/78/242/images/image089.jpg" width="406" height="223 src=">
Сега, наместо тобоган со кристални плочи, се поставуваат моделите бр. 1 (зрак) и бр. 2 (плоча). Пред да инсталирате модели на патеката на светлосните зраци, поларизаторот и анализаторот мора да се постават на целосно гаснење на светлината (рамнините на пренос P-P и A-A се нормални). Прицврстете го моделот 1 во држачот (со претходно олабавената завртка за стегање) и добијте ја неговата слика на екранот. Потоа затегнете го моделот со завртка и внимавајте на промените на сликата на екранот. Моделот бр. 2 (нема да се фиксира во држачот) е тестиран за свиткување на сличен начин. Нацртајте ги потребните цртежи и заклучоци за задачата.
Задача 3. Проучување на феноменот на двојна рефракција.
https://pandia.ru/text/78/242/images/image091_0.jpg" width="414" height="139 src=">
Ставете ја рамно-паралелната стаклена плоча на грамофонот. Поставете ја скалата на табелата на нула. Поправете отстранлив отвор во еден од држачите и користете ја пружината на отворот за да го монтирате матираното стакло.
Сега е неопходно да се осигура дека површината на стаклената плоча е нормална на светлосниот зрак (аголот на инциденца на зраците тогаш ќе биде еднаква на нула). За да го направите ова, гледајќи одозгора од страната на процепот и вртејќи ја сцената (не вагата!), треба да се осигурате дека шлицот, центарот на масата и сликата на процепот лежат на иста права линија. Потоа, вртејќи ја плочата (не масата!) во насока на стрелките на часовникот, испитајте ја рефлектираната светлина за линеарна поларизација користејќи отстранлив полароид (во овој случај, окото, центарот на масата и сликата на процепот треба да бидат на иста права линија !). По постигнување на одреден граничен аголХ рефлектираната светлина ќе биде речиси целосно изгаснат од Polaroid. Запишете ја оваа вредност на аголот. Откако ќе ја извадите стаклената плоча од вртечката плоча, определете го нејзиниот индекс на прекршување n. По ова, треба да го споредите со индексот на рефракција n и да извлечете заклучоци.
Контролни прашања
Каков вид на светлина се нарекува поларизирана?
Изведете го и објаснете го Малусовиот закон.
Каков е феноменот на двојна рефракција?
Полубранови и четвртини бранови записи.
Принцип на работа на призмата на Никола.
Интерференција на линеарно поларизирани зраци.
Добијте и анализирајте ги формулите на Френел.
Како набљудувавте внатрешна напнатоство напнатост и компресија цврсти материи? Како се манифестираше?
Каков е феноменот на двојно прекршување, кај кои супстанции постои, како го набљудувавте двојното прекршување при работа?
Што забележавте кога ротиравте примерок со повеќеслојни кругови на филмови поставени помеѓу полароиди? Објаснете ги вашите забелешки.
Прочитајте исто така:
|
Работа бр.3. ДИФРАКЦИЈА
Цел на работата:научете да добивате шеми на дифракција од разни предметиво дивергентни зраци, определи ја брановата должина на светлината од моделот на дифракција.
Прашања кои мора да ги знаете
за дозвола за вршење на работа:
1. Каков е феноменот на дифракција на светлината?
2. Принцип Хајгенс-Френел.
3. Метод на Френел зона.
4. Како може да се определи бројот на Френеловите зони според видот на дифракционата шема добиена од тркалезна дупка?
5. Која е разликата помеѓу Фраунхоферовата дифракција и Френеловата дифракција?
6. Дифракција во дивергентни и паралелни зраци од кружен екран и кружна дупка.
7. Каков е редот на боите во спектрите на дифракција? Која е бојата на нултиот максимум?
8. Како се нарекува зонска плоча?
ВОВЕД
Дифракцијата е феномен на отклонување светлосен зракод линеарно ширење или свиткување на светлината околу непроѕирни објекти. По дифракцијата, зраците отстапени од директното ширење можат да се сретнат и да се преклопуваат еден со друг, и бидејќи се добиени од истиот бран, тие се кохерентни (види работа на пречки на светлината) и, според тоа, формираат шема на пречки (наизменични максими и зрачење минимум). Оваа шема се нарекува „дифракциона шема“. За да се анализира ваквата слика, потребно е да се знаат амплитудите и фазите на брановите кои се среќаваат.
Да ја разгледаме дифракцијата кај дивергентни зраци (Френелова дифракција) и дифракцијата кај паралелните зраци (дифракција на Фраунхофер).
Дифракција во дивергентни зраци од тркалезна дупка (Френелова дифракција)
Амплитуди на осцилации кои пристигнуваат во точка Аод различни делови на површината на бранот (сл. 1), зависат од растојанието ( б) од овие делови до точка А, нивната големина и агол апомеѓу нормално до предниот дел на бранот и насоката кон точката А. При наоѓање на добиената амплитуда на осцилации од сите делови, неопходно е да се земе предвид и фактот дека фазите на поединечните осцилации може да не се совпаѓаат, бидејќи нивните патеки до точката се различни А. Наоѓање на амплитудата на осцилациите, во општ случајдоволно тешка задача. Френел предложи едноставен метод, чија употреба дава квалитативно правилна шема на дифракција во голем број едноставни случаи.
Кога патеките на брановите се разликуваат ( – бранова должина), осцилациите се случуваат во антифаза и се откажуваат едни со други. Френел предложи да се подели брановиот фронт во зони, екстремни точкикои произведуваат осцилации во антифаза, оваа зона е дел од сферичната површина на брановиот фронт.
Се градат Френел зони на следниот начин. Централна зона(сл. 1) ги вклучува сите точки, фазната разлика на осцилациите од кои во точката Ане надминува стр(чие растојание до точката Анема повеќе б 1 = , каде б– најкраткото растојание од брановиот фронт до точката А). Соседната втора зона (со разлика во ударот) претставува област на прстенна сфера, затворена помеѓу точки за кои, од една страна, и 
, на другата страна. Очигледно, следните зони исто така ќе бидат кружни, ограничени однадвор со точки за кои , каде к– број на зона. Може да се покаже дека областите на сите зони се приближно еднакви, а радиусот кта зона е еднаква на
. (1)
Пресметка на добиената амплитуда на осцилации од сите Френелови зони во една точка Апогодно за производство на векторски дијаграм. За да го направите ова, дозволете ментално да ја поделиме секоја зона на Френел на голем бројконцентрични подзони со еднаква површина. Тогаш амплитудата на осцилациите на целата подзона може да се претстави како збир од елементарни вектори кои имаат мало фазно поместување меѓу нив, т.е. ротација за диџеј, а екстремните елементарни вектори ќе бидат поместени во фаза за агол стр, односно насочен кон спротивни страни. Сите елементарни вектори на зоната заедно формираат полукруг, а добиената амплитуда на осцилации Е 1 од една зона може да се најде со собирање на сите вектори, т.е. формира вектор што ги поврзува почетокот и крајот на синџирот на елементарни вектори (сл. 2, а).
Слично на тоа, можете да направите конструкција, вклучувајќи ја и втората зона (слика 2, б). Како резултат на вектор Е 2 е насочен против Е 1 и нагоре абсолутна вредностнешто помалку Е 1 . Последната околност се должи на фактот дека, иако областите на зоните се исти, втората зона е малку наклонета во однос на набљудувачот во точката. А. Сепак, вкупната амплитуда на осцилациите Е 1 + Е 2 е мал (слика 2, б).
Графички, амплитудата на вибрациите може да се пресмета со замена на синџирите на вектори со соодветните делови од кругот. Слика 2 (в и г) прикажува такви конструкции за три и повеќесферични бранови предни зони. Споредувајќи ги случаите a и d, забележуваме дека амплитудата на осцилациите од 1-та зона Френел е двапати (и интензитетот на светлината Јас 4 пати, затоа што Јас » А 2) поголема од соодветната амплитуда од бесконечен бројзони
Нека има точка извор Си непроѕирна плоча Мсо тркалезна дупка (слика 3, а). Потребно е да се одреди осветлувањето во одредена точка А, лежејќи на права линија што минува од изворот Сниз центарот на дупката. Очигледно, дупката ќе дозволи да помине само дел од сферичниот бран. Осветлување во точка Аќе се определи со дејството на само овој дел од предната страна, односно само со отворените Френел зони, чиј број зависи од дијаметарот на дупката, брановата должина и геометријата на експериментот.
Ако бројот на отворени зони ДОдури, тогаш графичкото пресметување на интензитетот (сл. 2, б) доведува до слабо слаб интензитет, т.е. во точката Аќе има темнина и непарно ДО(Сл. 2, а, в) во точката Аќе има максимално осветлување.
Очигледно, мора да биде симетрично во однос на точката А(бидејќи во точките лоцирани на исто растојание од централната, условите на дифракција ќе бидат исти). Освен тоа, ако во точка на оската набљудуваме светла точка, тогаш околу неа ќе најдеме темен прстен, околу кој ќе забележиме светол прстен, т.е. шемата на дифракција се состои од наизменични темни и светли прстени (кругови) (сл. 3б).
Катче а, кој ја карактеризира насоката кон кој било максимум на дифракција, се нарекува агол на дифракција (сл. 3а). Можно е (иако не е лесно) да се покаже дека насоката кон првиот прстен се карактеризира со агол (поточно 1,22), каде што г- дијаметар на дупката.
1 | | |
1. Поставете дифракциона решетка со точка во рамката на уредот и прицврстете ја на држачот.
2. Вклучете го изворот на светлина. Гледајќи низ решетката за дифракција, можете да видите забележливи спектри на дифракција од неколку редови на двете страни на штитот на црна позадина. Ако спектрите се навалени, ротирајте ја решетката низ одреден агол додека не се елиминира навалувањето.
3. Поставете ја скалата на растојание Род дифракционата решетка.
4. Вметнете светлосен филтер во рамката, почнувајќи од црвено и користејќи ја скалата на штитот гледана низ решетката, определете го растојанието Сод процепот до набљудуваните линии од 1 и 2 ред. Внесете ги резултатите од мерењето во Табела 6.
5. Направете чекор 4 за зраци со различна боја со вметнување на преостанатите филтри во рамката.
6. Дали стр. 4 – 5 три пати поместување на вагата на растојание Р 10-15 см.
7. Одредете ја светлосната бранова должина со помош на формулата (1) за сите бои на зраците и внесете ја во табелата 6. Пресметајте ја аритметичката просечна должина на секој светлосен бран.
Табела 6. Светлосна бранова должина разни бои
| к | Р, мм | С, мм | l, nm | ||||||||||||
| ДО | ЗА | И | З | Г | СО | Ф | ДО | ЗА | И | З | Г | СО | Ф | ||
| Просечна бранова должина |
Контролни прашања
1. Што е принципот Хајгенс-Френел?
2. Кои бранови се нарекуваат кохерентни?
3. Што се нарекува дифракција на светлината? Како се објаснува овој феномен?
4. Каков е редот на боите во спектрите на дифракција? Која е бојата на нултиот максимум?
5. Која е разликата помеѓу спектрите на дифракција произведени од решетки со ист број процепи, но со различни константи, и решетки со исти константи, но со различен број на процепи?
6. Како ќе се промени ефектот на дифракционата решетка ако се стави во вода?
7. Како да се објасни формирањето на дифракционен спектар од еден процеп на екранот од зраците што минуваат низ процепот? Што ја одредува распределбата на интензитетот во центарот на екранот?
8. Еднодимензионална дифракциона решетка. Како се објаснува формирањето на дифракциона шема на екранот? Во кои точки се забележани максимумите на интензитетот, на кои минимуми и зошто?
9. Како се разликуваат шемите на дифракција кога решетката е осветлена со монохроматска светлина и бела светлина? Како да се објаснат овие појави?
10. Што е светлосно пречки? Дали овој феномен е вклучен во формирањето на дифракциониот спектар на процеп или решетка?
11. Белата светлина обично се спушта на еднодимензионална дифракциона решетка која содржи 100 процепи на 1 mm. Како ќе се дистрибуира интензитетот на светлината на екранот? Колку дополнителни падови има на екранот помеѓу двете главни високи? Кои се условите за формирање на големи максими и големи минимуми?
12. Белата светлина паѓа нормално на дифракциона решетка и на тенка леќа со поголем дијаметар. Како да се објаснат обрасците што се формираат на екранот кога светлината поминува низ леќа и дифракциона решетка?
13. Кои се брановите должини на видливата светлина? Дали тие се предмет на варијанса?
14. Од што зависи ширината на опсезите на дифракциониот спектар? Што се забележува на екранот ако ширината на процепот е многу поголема од брановата должина l? Како се објаснува овој феномен?
15. Колку изнесува линеарната и аголната дисперзија на дифракционата решетка?
16. Колкава е моќта на разрешување на дифракционата решетка?
17. Наведете пример за шеми на дифракција добиени за две спектрални линии со користење на решетки кои се разликуваат по моќта на разрешување и линеарната дисперзија.
поставен на рамна стаклена чинија со конвексна страна. Меѓу нив се формира воздушен јаз, чија дебелина се зголемува од центарот до рабовите (слика 1).
Ако на леќата падне еднобојна светлина |
||||
светлина, потоа брановите рефлектирани од врвот и |
||||
долната граница на овој воздушен јаз, |
||||
ќе се мешаат едни со други, а разликата |
||||
ударот меѓу нив ќе зависи од дебелината |
||||
воздушен јаз на ова место. | ||||
Во рефлектираниот | ||||
се забележува следната слика: во центарот – |
||||
темна точка опкружена со наизменични |
||||
концентрична светлина и | ||||
мешање | прстени | се намалува |
||
дебелина. При пренесената светлина сликата ќе биде спротивна: местото во центарот ќе биде светло, а сите светли прстени ќе бидат заменети со темни и обратно. Моделот на пречки при користење на конвенционални извори на светлина, како што се лампи со вжарено, обично има мали димензии(р< 10-3 м), поскольку с увеличением толщины воздушной прослойки ее контрастность падает. Поэтому для обычных источников света при наблюдении используют микроскоп. Это связано с низкой когерентностью обычных источников. Использование лазера позволяет проецировать интерференционную картину на стену и измерять радиусы колец обычной линейкой.
Во оваа работа, набљудувањата се направени во рефлектираната светлина. Централното место се смета за нула, а нумерирањето на темни и светли прстени се врши посебно. Така, ги имаме 1-ви, 2-ри, ... мети темни прстени и 1-ви, 2-ри, ... мети светли прстени.
Пречки се јавуваат помеѓу брановите рефлектирани од горните и долните површини на воздушниот јаз, односно помеѓу зраците I и II (сл. 1).
Разликата на оптичката патека на овие зраци δ m предизвикана од воздушниот јаз
Каде апсолутен индикаторусвоена рефракција на воздухот еднаков на еден, а терминот λ /2 се должи на фазното поместување за π при рефлексија од оптички погуста средина (зрак I во точката L на сл. 1). Претпоставувајќи мал агол на инциденца на светлосните зраци на површината на леќата, како и од сличноста на соодветните триаголници, можеме да заклучиме:r m /R =δ m /r m. Од ова гледаме дека r m = R δ m .
Од последната еднаквост, односот (3) и условите (1), (2) произлегува дека радиусите на m-тата светлина (rm светлина) и m-тата темнина (rm) Њутнови прстени во рефлектираната светлина се еднакви:
(m − k) λ
− r k 2
каде што m е прстенестиот број.
Со последователно пишување на формулата (5) за m-ти и k-ти темни прстени, можеме да најдеме израз за радиусот на закривеност на плано-конвексна леќа:
R = m, (m− k)λ
каде λ е брановата должина на монохроматската светлина.
Попогодно е да се изврши пресметката со давање на формулата (6) следнава форма:
R = (rm + rk) (rm − rk).
3) Оптичка шина на која се поставени оценувачи со оптички елементи.
Екран за набљудување | Оптички | кој се состои | ||||||
плано-конвексни | ||||||||
стакло | рекорди. | |||||||
системот е означен со бројот 2. Објективот и плочата се собрани во рамка за прилагодување, што ви овозможува да ја промените големината на јазот и локацијата на контактната точка помеѓу леќата и плочата. Рамката за прилагодување е фиксирана во држачот на оценувачот.
ВНИМАНИЕ
1) Инсталирањето содржи хелиум-неонски ласер LG-128, чие напојување генерира напон поголем од 1000 волти, затоа, за време на работата потребно е да се следат правилата за електрична безбедност.
2) Интензитетот на ласерското зрачење не надминува 5 миливати, затоа овој ласер е одобрен за употреба во образовни инсталации. Сепак, ласерскиот зрак не треба да дојде во директен контакт со очите.
3) Висококвалитетната слика на прстените се постигнува со соодветни поставки оптички систем(приспособување). Усогласувањето на оптичкиот систем е сложена процедура што може да ја изврши специјалист. Затоа, ако нема слика, не треба да се обидувате сами да ја добиете. Секое најмало поместување
оптичките елементи доведуваат до неусогласеност, затоа, при извршување на работата, не ставајте туѓи предмети на масата со оптички елементи.
4) По лабораториска работаа наставникот проверувајќи ги експерименталните податоци, потребно е инсталацијата да ја предаде во првобитна состојба на дежурниот лаборант.
ПОСТАПКА ЗА ИЗВРШУВАЊЕ НА РАБОТА
1) Поврзете ги каблите на столната светилка и ласерот со електричната мрежа. Потоа, користејќи го прекинувачот на телото на уредот, вклучете го LG-128.
2) Ласерскиот зрак од експандерот на зракот, кога е правилно конфигуриран, удира во системот на леќа и рамна плоча, и по рефлексијата од него дава слика на прстените на спротивниот ѕид. Размислете за патеката на зраците со поставување на лист хартија последователно на патеката на зраците пред и по леќата, а потоа - добиената слика.
3) Прикачете парче хартија и скицирајте ги прстените (по можност со молив). Добиената слика мора да содржи доволен број прстени, бројот и бројот на прстени се означени од наставникот.
4) Како што може да се види од формулата (3), моделот на пречки прстени е многу чувствителен,
– определено со промена на воздушниот јаз со фракции од светлосната бранова должина
(λ = 0,6328 µm). Поради високата чувствителност на методот и малите деформации на плочата, кои всушност секогаш се случуваат, прстените имаат одредена елиптичност. Затоа, за да се намали грешката во одредувањето на радиусот, дијаметарот на прстенот мора да се мери во две меѓусебно нормални насоки, како што е прикажано на сл. 3. Потоа се врши просто аритметичко просекување:
Dm просек= | D хоризонтална + D вертикална | |||
Д хоризонт Д.
5) По одредувањето на просечните радиуси на два Њутнови прстени, се пресметува просечниот радиус на закривеност Rпросечно леќи според формулата (7).
6) Грешката на овој метод се одредува според тоа колку се применливи формулите (4)-
(7). Овој методпретпоставува дека плочата е совршено рамна. Ако плочата не е совршено рамна, тогаш тоа доведува до елиптичност на прстените. Релативна грешкана овој метод може да се процени како вредност на елиптичноста
Дхорм .− Двертм . | |||
Д просек. |
|||
тогаш апсолутната грешка во одредувањето на радиусот на закривеност R = ε R. Конечниот запис треба да изгледа вака:
R = Равг ± Р.
КОНТРОЛНИ ПРАШАЊА
R може да се процени како
1) Што се нарекува пречки на светлината?
2) Кои бранови се нарекуваат кохерентни?
3) Како се нарекува разликата на оптичката патека на зраците?
4) Кој медиум се нарекува оптички погуст?
5) Кое е фазното поместување кога се рефлектира од оптички погуста средина?
6) На што се базира методот на пречки за одредување на дебелината на диелектричните филмови?
7) Оправдајте висока чувствителностметоди за мерење на пречки.
ЛАБОРАТОРСКА РАБОТА бр.46
Мерење на брановата должина на светлината со помош на дифракциона решетка
Цел на работата: проучување на законите на дифракција.
ТЕОРЕТСКИ ИНФОРМАЦИИ
Дифракционата решетка е обично стаклена плоча на која се применуваат паралелни линии во строго еднакви интервали со помош на машина за делење. Неоштетените области се многу тесни дифракциони процепи, проѕирни на светлина. Тие се разделени со идентични непроѕирни простори - удари кои се пречки за светлината. Најдобрите дифракциони решетки кои моментално се произведуваат имаат до 1700 линии на 1 mm.
Дифракцијата е феномен на свиткување на светлината од линеарно ширење додека минува низ тесни пукнатиниили дупки. Нека светлината со бранова должина λ паѓа нормално на решетката за дифракција (сл. 1). Дифракцијата се јавува кога ширината на процепот е споредлива со λ. Бидејќи овој услов е задоволен за отворот за решетка, тогаш на секој
Преку процепите за решетки, светлосните зраци ќе отстапуваат од директното ширење. Феноменот на дифракција е објаснет со помош на Хајгенсовиот принцип, според кој секоја точка до која стигнува бранот служи како извор на секундарни бранови, а обвивката на овие бранови ја дава позицијата на брановиот фронт во одреден момент во времето. Дозволете ни да го разгледаме инцидентот на рамниот бран нормално на дупка на екранот (сл. 2). Секоја точка на дупката или работ на дупката, како што се точките А и Б, служи како извор на секундарни бранови. Со конструирање на обвивката на секундарните бранови за одреден момент во времето (лак ЦД), гледаме дека брановиот фронт се протега надвор од рабовите на дупката. Дифракцијата е карактеристична за бранови процесии ја потврдува брановата природа на светлината. Сепак, Хајгенсовиот принцип не може да го објасни присуството на максимални дифракции. Френел го дополни принципот на Хајгенс со идејата за интерференција на секундарни бранови. Според принципот Хајгенс-Френел, секој процеп е извор на секундарни светлосни бранови, чии амплитуди во одреден момент во просторот (на екранот) ќе се соберат и, во зависност од разликата во патеката на зраците, ќе се зајакнат или ослабуваат едни со други. Се јавува интерференција на светлосни бранови. Пречки обично се забележува кога точката на набљудување е на бесконечност или на доволно далеку растојание во споредба со големината на решетката. Во овој случај, за секој процеп, насоката во која се врши набљудувањето се определува со аголот φ помеѓу нормалата до решетката и насоката на зраците. За да ја набљудувате шемата на пречки на повеќе одблискусите паралелни зраци се фокусирани со помош на леќа на екранот (сл. 1).
Светлосниот бран кој обично се спушта на решетката ги возбудува осцилации за секој процеп во истата фаза. Ако секундарните зраци што ги емитува секој процеп се насочени под одреден агол φ, тогаш секој таков зрак за различни процепи ќе помине различно растојание до екранот, односно зраците ќе имаат различни разлики во патеката и ќе пречат.
Нека φ = 0, во овој случај сите зраци ќе пристигнат до точката на набљудување во истата фаза, а амплитудите на зраците ќе се соберат. Во оваа насока има максимална светлина на екранот. Како што се зголемува аголот φ, се јавува разлика на патеката помеѓу зраците, зраците пристигнуваат до точка на екранот во различна фаза, а амплитудите на зраците, собирајќи се, ќе создадат значително помал или дури нула интензитет на светлина при дадена точка. Сепак
има уште неколку вредности на аголот φ до кој ќе пристигнат сите зраци соодветна точкаекран во иста фаза и ќе даде максимален интензитет на светлина. За да го направите ова, неопходно е разликата во патеките на зраците на соседните процепи да биде еднаква на n·λ (максималниот услов за пречки), каде што n = 0, ±1, ±2, ...
Од Сл. 1 може да се види дека разликата на патеката помеѓу соседните греди 1 и 2
δ = d sinφ, (1)
каде што d е растојанието помеѓу центрите на процепите. Тогаш ќе се набљудува максималниот интензитет на светлината на екранот за насоки утврдени со состојбата
Максималните што го задоволуваат условот (1) се нарекуваат главни (сл. 2). Покрај главните максими, постојат можни насоки во кои светлината што ја испраќаат разни процепи се гаси (меѓусебно се уништува).
Минималниот интензитет на светлина на екранот ќе биде забележан за насоките одредени од состојбата
каде што n = 1, 2, …, N – 1, N + 1, …, 2 N – 1, 2 N + 1, …, N – број на линии на дифракционата решетка.
Од (2) следува дека помеѓу двете главни максими има (N–1) дополнителни минимуми одделени со секундарни максими (сл. 3). Интензитетот на овие максими е многу помал од интензитетот на главните максими, така што тие обично не се почитуваат.
На екранот, шемата за дифракција се состои од најсветлиот централна линија(n=0) и симетрично лоцирани две максими од прв ред (n=1), втор ред (n=2) итн. (сл. 3). Овие максими се добиваат само за еднобојна светлина, со одредена вредност λ. Ако ја осветлите дифракционата решетка со бела светлина, тогаш секоја соодветна бранова должина λ, според формулата (1), ќе одговара специфична вредностагол φ. Затоа екранот е лесен
лентите се протегаат во спектри одделени со темни простори. Исклучок ќе биде нултиот максимум, во кој при n= 0 според формулата (1) зраците од која било боја имаат аголна насока φ= 0, и затоа нема да се разградат во спектар.
ОПИС НА ИНСТАЛАЦИЈАТА
Дифракционата решетка 1 е монтирана во посебен држач (сл. 4). Изворот на светлина (сијалицата) го осветлува процепот 3, чија ширина може непречено да се менува. Ако го погледнете осветлениот процеп преку дифракциона решетка, тогаш спектрите на дифракција се видливи десно и лево од сликата на процепот. Нека одредена линија од спектарот е поместена за количина S, а растојанието помеѓу мерна скала 4 и дифракционата решетка е еднаква на l.
тен ϕ =S | |||||||
Бидејќи аголот φ е мал, tanφ е еднаков на sin φ со доволен степен на точност. Споредување |
|||||||
последниот израз со формулата (2), го добиваме | |||||||
sinϕ = | |||||||
λ = | |||||||
каде што S е растојанието помеѓу центарот на скалата и центарот на дадена линија на спектарот: d = 10-5 m – константа на дифракциона решетка, l = 0,55 m; n – редослед на спектарот.
ПОСТАПКА ЗА ИЗВРШУВАЊЕ НА РАБОТА
1) Вклучете ја сијалицата. Со набљудување на процепот низ решетка за дифракција и избирање на положбата на сијалицата, се постигнува најсветлата слика на спектрите од прв и втор ред.
2) Измерете на скала од 4 просечната позиција на црвена, портокалова, жолта, зелена, цијан, темно сина, виолетови цвеќињаза спектри од прв ред десно и лево од
слотови и просечен резултат за секоја боја. Направете го истото за вториот ред. Внесете ги резултатите од мерењето во табелата.
3) Користејќи ја формулата (3), пресметајте ја брановата должина на секоја боја во спектарот од првиот и вториот ред. Потоа пронајдете го просекот λ за секоја боја. Внесете ги резултатите од пресметката во табелата.
Растојание до линијата, см | Бранова должина λ, µm |
||||||||||||
Боја на линијата | 1 ред | 2 ред | 1 ред | 2 ред | |||||||||
Портокалова | |||||||||||||
Виолетова | |||||||||||||
КОНТРОЛНИ ПРАШАЊА
1) Како се распределува интензитетот на светлосните зраци по дифракционата решетка низ аглите и зошто?
2) Каков е феноменот на дифракција?
3) Под кои услови се забележува дифракција на светлината?
4) Каков е редот на боите во спектрите на дифракција?
5) Која е бојата на нултиот максимум за бела светлина?
6) Која е разликата на патеката помеѓу соседните зраци кои доаѓаат од секој процеп во насока на главната максима?
7) Зошто интензитетот на главните максими е многу поголем од интензитетот на другите точки на екранот?
8) Зошто се јавува разлика во патеката на зраците што доаѓаат од процепите на дифракционата решетка?
9) Зошто дифракционата решетка ја дели белата светлина на спектар?
ЛАБОРАТОРИСКИ РАБОТИ бр.48 и бр.48а
Отстранување на волт-ампер, лукс-ампер и спектрални карактеристикифотоелемент и определување на функцијата на работа на електрони
Цел на работата: проучете ги законите на фотоелектричниот ефект и уредите засновани на него.
ТЕОРЕТСКИ ИНФОРМАЦИИ
Надворешен фотоелектричен ефект и неговите закони. Надворешниот фотоелектричен ефект е феномен на емисија на електрони од супстанција под влијание на електромагнетно зрачење (светлина, х-зраци, гама зраци). Фотоелектричниот ефект бил откриен од Г.Херц во 1887. Првиот основно истражувањефотоелектричниот ефект го изврши рускиот научник А.Г. Столетов во 1888-1889 година. Фотоелектричниот ефект може да се забележи во инсталацијата шематски прикажана на сл. 1, каде што hν означува светлина, Kv - кварцен прозорец, V - волтметар, G - микроамперметар, P - потенциометар
Две електроди (катода К и анода А) се ставаат во цилиндар од кој се испумпува воздухот. Електродите се поврзани со изворот на енергија на таков начин што, со помош на потенциометар, можете да ја промените не само вредноста, туку и знакот на напонот што им се доставува. Светлината паѓа на катодата преку кварцен прозорец Кв. Електроните што ги емитува катодата К поради фотоелектричниот ефект се движат под влијание на електричното поле до анодата А. Како резултат
В фотоструја ќе тече во колото, мерено со микроамперметарГ.
СО зголемување на напонот U јачината на фотострујата I првично пропорционално се зголемува, а кога ќе се достигне одреден напон U = U забрзување. струјата достигнува сатурација јас нас. (сл. 2).
каде n е бројот на електрони што ги емитува катодата во секунда.
За дополнително да се зголеми фотострујата, неопходно е да се зголеми светлосниот флукс F што се спушта на катодата:
Ф = Q | ||
каде што Q е светлосна енергија, t е време.
Јачината на заситената фотоструја е пропорционална на случаен прозрачен флукс (пропорционален на осветлувањето):
јас нас. =α ·Ф, (3)
каде α е коефициентот на пропорционалност.
За возврат, осветлувањето Е е пропорционално на прозрачниот флукс, затоа вредноста на фотострујата I е обратно пропорционална на квадратот на растојанието од изворот на светлина до катодата, т.е.
каде Е 1 , Е 2 – осветлување на катодата;
I 1 , I 2 се вредностите на заситената фотоструја што одговараат на овие осветлености; r 1 , r 2 се растојанијата од изворот на светлина до катодата.
Од равенката (4) имаме:
т.е., големината на заситената фотоструја е обратно пропорционална на квадратот на растојанието од изворот на светлина до фотоелементот. Од струјно-напонската карактеристика следува дека при U = 0 фотострујата нема да исчезне. Следствено, електроните исфрлени од катодата со светлина имаат одредена почетна брзина V, а со тоа и кинетичка енергија не е нула и можат да стигнат до анодата без надворешно поле.
За да може фотострујата да стане еднаква на нула, потребно е да се примени задоцнет напон U сет. . Со проучување на експериментални податоци, беа воспоставени три закони на фотоелектричниот ефект.
1) При фиксна фреквенција на упадната светлина, јачината на заситената фотоструја е пропорционална на големината на упадниот светлосен флукс или осветлувањето на катодата.
2) Максималната брзина (максималната кинетичка енергија) на фотоелектроните не зависи од интензитетот на упадната светлина, туку се одредува само од нејзината фреквенцијаν .
3) За секоја супстанција постои „црвена граница“ на фотоелектричниот ефект, т.е. минимална фреквенција на светлина под која фотоелектричниот ефект е невозможен (или максимална бранова должина над која фотоелектричниот ефект е невозможен).
Планковата хипотеза и Ајнштајновата равенка.Врз основа на позицијата за континуираниот енергетски спектар на зрачење од светлечки тела, теорија на брановине можеше да ја објасни независноста на брзината на исфрлените електрони од интензитетот на упадната светлина. германски физичарМакс Планк ја постави хипотезата дека електромагнетната енергија се емитува не во континуиран тек, туку во одделни делови на енергија - кванти.
Енергијата на секој квант ε е директно пропорционална со фреквенцијата на светлината
каде h = 6,62·10-34 J s – Планкова константа, λ – бранова должина на упадната светлина;
c = 3·108 m/s – брзина на светлината во вакуум.