Вывод закона преломления света из принципа Ферма

Краткие теоретические сведения

Цель работы

Литература

Вопросы и тесты для самоконтроля и сдачи отчета

Вопросы для самоконтроля и сдачи отчета

Какую роль играет фотофильтры при работе фотоэлемента.

Вопросы допуска

4.5.1.Принцип работывакуумного фотоэлемента.

4.5.2. Как получить вольт-амперную характеристику вакуумного фотоэлемента.

4.5.4. Какие законы фотоэффекта мы сможем проверить на этой установке.

4.6.5. Фотоэлементы и их применение.

4.1.1.Определение законов фотоэффекта, длины волны.

а. – I тока насыщения пропорцианально световому потоку;

- Е фото е^- возрастает с частотой света

- если n₀ света < n_min, то фотоэффекта нет

б. - I тока насыщения прямо пропорцианально мощности светового излучения.

- Е фото е^- линейно возрастает с частотой света и не зависит от мощности света

- если n₀ света < n_min для данного вещества, то фотоэффекта нет.

в. - I тока насыщения пропорцианально световому потоку;

- скорость фото е^- зависит от мощности света.

- n₀ света < n_{0 min} наступает красная граница фотоэффекта.

4.7.2.Что мы называем током насыщения?

а. – при увеличении напряжения на аноде, ток возрастает.

б. – при постоянном напряжении на аноде увеличения фото е^- не наблюдается;

в. – все е^-, испущенные катодом, попадают на анод.

4.7.3.Уравнение Эйнштейна для явления фотоэффекта. Что такое фототок?

а. hn = ½ mnJ₀ ² – A; направление движения е^- называется фототоком.

б. hn = ½ mnJ₀² + A; ток, возникающий под воздействием света

в. hw = ½ mJ₀² + A;

4.7.4. Что мы называем фотоэлектрическим эффектом?

а. испускание е^- веществом при освещении.

б. испускание е^- их сбор вокруг катода при воздействии света

в. испускание е^- веществом под воздействием света.

4.8.1. Савельев И.В.Курс общей физики, т.4, 2004 г.

4.8.2. Кортнев А.В. и др. Практикум по физике, М., 1965 г.

5. Определение показателей преломления твердых тел и жидкостей

Ознакомить с методами измерения показателей преломления жидких и твердых веществ.

Исследовать концентрационную зависимость показателей преломления жидких растворов и освоить метод определения неизвестной концентрации раствора с помощью рефрактометра.

Сделать численную и графическую проверку применимости формулы Лоренца к водному раствору глицерина.

Вычислить поляризуемость и эффективные радиусы молекул воды и глицерина.

Поведение света на границе раздела двух оптически различных сред определяется законом преломления, согласно которому падающий, преломленный луч и перпендикуляр, восстановленный в точке падания к поверхности раздела сред, лежат в одной плоскости. Отношение синуса угла падения a к синусу угла преломления, b есть постоянная для данных веществ величина, равная показателю преломления n₂₁ второй среды относительно первой. Закон преломления, как известно, был установлен экспериментально, а правильное теоретическое объяснение было дано Гюйгенсом на основании предложенного им принципа (принцип Гюйгенса).

Однако закон преломления теоретически можно получить с помощью более общего принципа, объясняющего ход световых лучей в разных ситуациях. Принцип Ферма, или принцип наименьшего времени утверждает, что из всех мыслимых траекторий между двумя точками действительной является та, которую свет проходит за минимальное время.

Пусть свет из точки А первой среды после преломления за границу раздела сред (плоскости Q) попадает в точку В второй среды.

Из принципа Ферма следует, что действительная траектория луча АОВ лежит в плоскости падения луча – плоскости, проведенной через падающий луч и нормаль к границе раздела в точке падения луча, и лишь найти положение точки О на линии раздела СД. Из рисунка 5.1 видно, что любую траекторию, не лежащую в точке падения Р, например, АМВ, свет пройдет за большее время. Действительно, отпустив перпендикуляр из точки М на плоскость Р, убеждаемся, что АМ > АО и MB > ОВ, так как гипотенуза всегда больше катета, и, следовательно, траекторию АМВ свет пройдет за большее время. Найдем положение точки О на плоскости падения. Обозначим СО через X. Траекторию АОВ свет пройдет за время t:

(5.1)

Рис. 5.1. К выводу закона преломления из принципа Ферми

где и - скорости света в первой и второй средах.

Чтобы в соответствии с принципом Ферма время t при некотором x было минимально, необходимо, чтобы первая производная в этой точке равнялась нулю:

поскольку

то

и тотчас получаем закон преломления в виде:

(5.2)

Отсюда ясен физический смысл относительного показателя преломления n₂₁ как отношения скоростей света в разных средах.

Показатель преломления относительно вакуума, где скорость света С, называется абсолютным. Абсолютные показатели преломления n₁₀ первой и n₂₀, второй сред запишутся в виде:

(5.3)

Теперь можно найти связь абсолютных и относительных показателей преломления:

(5.4)

В опыте обычно измеряют показатель преломления вещества относительно воздуха, который в дальнейшем будем обозначать просто n.

Дата добавления: 2015-06-04