Теория. Уровень (репродуктивный)

Лабораторная работа №13

Уровень (репродуктивный)

Цель работы: опытным путем научиться наблюдать и объяснять явление дифракции.

Приборы и материалы: набор для наблюдения интерференции и дифракции.

Контрольные вопросы:

1. Что называется интерференцией?
2. При каком условии происходит явление интерференции?

3. Какие волны считаются когерентными?

4. Запишите условия интерференционных максимумов и минимумов.

5. Соблюдается ли закон сохранения энергии в явлениях интерференции.

6. Что называется дифракцией?

7. Какое условие необходимо для выполнения дифракции?

8. В чем заключается принцип Гюйгенса?

9. Приведите примеры использования интерференции в науке и технике.

10. Приведите примеры наблюдения явления дифракции и интерференции в природе.

Наблюдение интерференции:

1. Стеклянные пластин и тщательно протереть, сложить вместе и сжать пальцами.

2. Рассматривать пластины в отраженном свете на темном фоне (располагать их надо так, чтобы на поверхности стекла не образовались слишком яркие блики от окон или белых стен).

3. В отдельных местах соприкосновения пластин наблюдать яркие радужные кольцеобразные или неправильной формы полосы.

4. Заметить изменения формы и расположения полученных интерференционных полос с изменением нажима.

5. Попытаться увидеть интерференционную картину в проходящем свете.

Наблюдение дифракции:

1. Установить между губками штангенциркуль щель шириной 0,5 мм.

2. Приставить щель вплотную к глазу, расположив ее вертикально.

3. Смотря сквозь щель на вертикально расположенную светящуюся нить лампы, наблюдать по обе стороны нити радужные полосы (дифракционные спектры).

4. Изменяя ширину щели от 0,5 до 0,8 мм. заметить, как это изменение влияет на дифракционные спектры.

5. Наблюдать дифракционные спектры в проходящем свете с помощью лоскутов капрона или батиста, засвеченной фотопленки с прорезью.

6. Провести наблюдение дифракционные спектры в проходящее свете с помощью лоскутов капрона или батиста, засвеченной фотопленки с прорезью.

7. Провести наблюдение дифракционного спектра в отраженном свете с помощью грампластинки, расположив ее горизонтально на уровне глаз.

8.Сдайте лабораторное оборудование и приведите рабочий стол в порядок.

9. Решите контрольную задачу.

10. Сдайте работу преподавателю.

Тема: «Изучение явление фотоэффекта»

Квантовая теория света была выдвинута Максом Планком 14 декабря 1900 года на собрании Немецкого физического общества, где он высказал мысль о том, что энергия излучения состоит из отдельных малых и неделимых частей – квантов или фотонов. Согласно квантовой теории каждый фотон (квант) имеет энергию:

E =hv, где h= 6,6∙ 10^-34 Дж∙с— постоянная Планка; v — частота излучения.

Доказательством квантовой теории света является внешний фотоэлектрический эффект — явление выбивания электро­нов из металла световым излучением определенного интервала час­тот. Явление фотоэффекта было открыто немецким физиком Генрихом Герцем. Однако в России исследованием этого явления занимался Александр Григорьевич Столетов.. По теории Эйнштейна фотоэффект имеет следующее объяснение: при попадании на вещество фотон поглощается одним из электро­нов. Часть поглощенной энергии расходуется на работу по вырыва­нию электрона из металлаA_ВЬ1Х(Измеряется в электрон- вольтах.1 эв= 1.6∙ 10 Дж).Другая часть поглощенной энергии фотона превра­щается в кинетическую энергию вырванного из металла электро­на m v²/2. Следовательно,

hv =A_ВЬ1Х+mv²/2. (1)

В стеклянный баллон, из которого выкачали воздух, помещались два электрода. Внутрь баллона через кварцевое стекло, которое пропускает ультрафиолетовые лучи, поступает свет. На электроды подается напряжение, причем освещаемый электрод подключается к отрицательному полюсу источника тока. Напряжение, подаваемое на электроды, можно изменять с помощью потенциометра и измерять вольтметром. Под действием света отрицательно заряженный электрод испускает электроны, которые, направляясь к положительно заряженному электроду, образуют электрический ток(рис1).Если, не меняя интенсивность излучения, изменять разность потенциалов между электродами, то можно получить вольт-амперную характеристику (зависимость I от U) (рис. 1).

рис 1.

При достижении максимального значения сила тока не меняется. Максимальное значение силы тока I_В называют током насыщения. Изменяя в опыте интенсивность излучения, удалось установить первый законфотоэффекта: количество электронов, вырываемых светом с поверхности металла за 1с, прямо пропорционально интенсивности света

Электроны, вылетающие с поверхности катода, имеют некоторую скорость и могут достичь анода. Чтобы ток стал равен нулю, необходимо изменить полярность батареи и подать напряжение U₃ (задерживающее напряжение), которое определяется выражением: е U = (2). Экспериментально обнаружено, что задерживающее напряжение не меняется при изменении интенсивности света. Оно меняется с изменением частоты падающего света.

Таким образом был сформулирован второй закон фотоэффекта: максимальная кинетическая энергия вырываемых светом электронов линейно возрастёт с частотой света и не зависит от его интенсивности.

Если частота света меньше некоторой постоянной величины для данного вещества, то фотоэффект не наблюдается. Закрывая кварцевое окно обычным стеклом наблюдалось прекращение фотоэффекта.

3-ий закон фотоэффекта: для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, т. е. минимальная частота света v (или максимальная длина волны y0), при которой ещё возможен фотоэффект, и если v<v , то фотоэффект уже не происходит. Как видно из уравнения А. Эйнштейна, фотоэффект будет наблюдаться, если hv > А_вых. При hv < А_вых фотоэффект не наблюдается. Если hv_кp = А,(3) то электроны освобождаются с нулевой скоростью.

Приборы, действие которых основано на явлении внешнего фо­тоэффекта, преобразующие световую энергию в электрическую, называются фотоэлементами.

В фотоэлементе с внешним фотоэффектом действие света вызы­вает выход из поверхностного слоя фотокатода электронов во внеш­нее пространство — в вакуум или сильно разреженный газ.

Схема устройства такого фотоэлемента приведена на рис. 2, а. На внутреннюю стенку стеклянной колбы, из которой откачан воздух, с одной стороны нанесен фотокатод 3. В центре колбы вакуум­ного фотоэлемента укреплен металлический анод 1 в виде неболь­шого кольца или пластинки. Колба снабжена пластмассовым цоко­лем 4. В нижней части цоколя находятся контактные штырьки, к которым подводятся соединительные провода от фотокатода и анода. Для работы фотоэлемента анод соединяется с положительным зажимом, а фотокатод — с отрицательным зажимом источника электрической энергии, под действием подведенного напряжения образуется электрическое поле и электроны, вылетающие с поверхности освещенного фотокатода, направляются на положительно заряженный анод. Эти электроны создают в цепи электрический ток.

Внутренний фотоэффект может происходить в полупроводниках и диэлектриках (и в металлах тоже).

Фотоэффект используется в фотоэлектронных приборах, получивших разнообразные применения в науке и технике. На фотоэффекте основано превращение светового сигнала в электрический. Электрическое сопротивление полупроводника падает при освещении; это используется для устройства фотосопротивлений. При освещении области контакта различных полупроводников возникает фото-эдс, что позволяет преобразовывать световую энергию в электрическую, что применяется, например в солнечных батареях(рис3)

Дата добавления: 2014-12-08