Г.Г. Спирин - Электричество, оптика, атомная физика, физика твёрдого тела (1013067), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Если оси зрительной трубы иколлиматора совпадают, то при освещении щели белым светом вокуляре наблюдается белая линия (центральный максимум с k = 0).Измерение углов дифракции осуществляется следующим образом.Зрительная труба поворачивается вправо и влево от центральногомаксимума (см. рис.9.43) и наводится на соответствующие линии вспектре одного порядка. По указателю производится отсчет углов 1 и 2.Первое положениезрительной трубытруба60Коллиматорнаятруба300S189878685882Рис. 9.44Второе положениезрительной трубытрубаРис. 9.43Целое число градусов определяется по значению на лимбекругового кольца перед нулевым делением нониуса.
Затем измеряетсячисло делений нониуса до совпадающих рисок на шкалах лимба инониуса. Цена каждого деления нониуса 6 .На рис.9.44 показан пример измерения для угла 1 = 86 + 6дел 6 = 86 36 .Из рис.9.43 видно, что среднее значение угла дифракции можетбыть рассчитано по разности двух отсчетов:122.(9.89)157Порядок выполнения работы1. Осветить щель коллиматора ртутной лампой.2.
Окуляр зрительной трубы сфокусировать на вертикальную нитьтак, чтобы она была отчетливо видна.3. Установить зрительную трубу на одной прямой с коллиматором инаблюдать изображение щели.4. Поставить на столик решетку.5. Повернуть зрительную трубу влево и вправо от центральнойлинии и измерить угловое расположение 1 и 2 спектральных линийразных цветов (фиолетовые, синие, зеленые и желтые) в трех первыхспектрах (k = 1, 2, 3). Результаты измерений занести в табл.9.13.Таблица 9.13kЦветлинии1вправо отцентральнойлинии2влево отцентральнойлинииsinмСиний1 ЗеленыйЖелтыйСиний2 ЗеленыйЖелтыйСиний3 ЗеленыйЖелтый6.
Для каждой линии подсчитать среднее отклонение отцентральной линии по формуле (9.89).7. Подсчитать значения sinи по формуле (9.86) определитьдлины волн .Период решетки (а + b) рассчитать по известному числу штрихов nна единицу длины решетки:(9.90)a b 1 n.8. Найти – средние значения длин волн соответствующих цветов:синий =(9.91)зеленый =желтый =9. Взяв измеренные длины волн и значениядля двух линийодного порядка по формуле (9.87) определить экспериментальное158значение угловой дисперсии Dэксп .. Сравнить полученный результат срасчетом по формуле (9.19):Dkтеор.(9.92)a bРезультаты расчетов занести в табл.9.14.Таблица 9.14kDэксп.рад/мDтеор.рад/мLосв.мN–R–10. Измерить линейкой освещенную ширину решетки Lосв. иопределить число освещенных штриховL осв..(9.93)Na b11.
По формуле (9.88) оценить разрешающую способность Rрешетки для одного из порядков спектра.12. Отключить лампу от сети.Контрольные вопросы1. Основные элементы устройства спектрометра.2. Как снимается отсчет углов дифракции в работе?3. Как экспериментально оценить угловую дисперсию иразрешающую способность дифракционной решетки?4. Как зависят угловая дисперсия и разрешающая способностьрешетки от порядка наблюдаемого спектра?ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 116Изучение явления отражения ипреломления плоскополяризованного светаЦель работы: измерение интенсивности отраженногоСтолетова и проходящего через нее поляризованного света.стопойМетодика измерений и экспериментальная установкаВ работе исследуется зависимость интенсивности света,отраженного стопой Столетова и проходящего через нее, от углападения i светового луча на стопу № 2 (рис.9.45).1591Стопа № 12SСтопа № 257312В4А76Рис.
9.455При этом колебания электрического вектора Е в падающем настопу № 2 луче происходят преимущественно в плоскости падения(частичная поляризация).Свет от лампы 1 с «точечной» нитью в виде светлой вертикальнойполосы проходит через коллиматорный объектив 2 так, чтоформируется параллельный пучок лучей (лампа в фокальной плоскостиобъектива). Проходя через стопу № 1 и проходя (и отражаясь) черезстопу № 2, свет попадает на фотоэлемент 6, расположенный наподвижной линейке 4 с риской 3, фиксирующей угловое положениефотоэлемента. На рис.9.45 изображена освещенная часть 7поверхности фотоэлемента 6.Указатель на стопе № 2 также фиксирует ее угловое положение.Стопа №1 закреплена на неподвижной линейке так, что свет падает нанее под углом Брюстера (9.20) i0 = 57 для стекла.
Отраженный отстопы № 1 луч будет полностью поляризован, а проходящий –поляризован частично. Поэтому на стопу № 2 падает частичнополяризованный луч. В работе используются стопы, состоящие из 9пластин.Экспериментальная часть работы заключается в измеренииинтенсивности света, отраженного стопой № 2 и проходящего черезнее. Величина фототока, пропорциональная интенсивности света,падающего на фотоэлемент 6, измеряется гальванометром 5.160Изменение угла падения луча осуществляется поворотом стопы № 2относительно падающего луча, направление которого фиксировано.Порядок выполнения работы1. Включить лампу осветителя (12В). Луч света (резкая светящаясявертикальная полоса) должен проходить по линии, соединяющей 0 и180 на лимбе, попадая в центры стоп и фотоэлемента.2.
Установить стопу № 2 так, чтобы угол падения i (угол междунулем нимба и стрелкой стопы 2) был равен 20 .3. Измерить интенсивность отраженного света (Jr). Для этогооткрыть крышку фотоэлемента 6, размещая подвижную линейку 4 сфотоэлементом в области ~40 на лимбе так, чтобы показаниегальванометра 5 было максимальным (рис.9.45). Это показаниегальванометра является мерой интенсивности Jr отраженного света.Значение Jr записать в табл.9.15.Таблица 9.15iJrJdJ = Jr + Jd203040505254565860704.
Измерить интенсивность проходящего света (Jd). При этомположение стопы № 2 определяется по табл.9.15. Фотоэлементустанавливают за стопой № 2 таким образом, чтобы показаниегальванометра было максимальным. Измеренные значения фототока Jdзанести в табл.9.15.5. Отключить лампу осветителя.6. Для каждого измерения найти интенсивность падающего светакак сумму интенсивностей отраженного и проходящего света J = Jr + Jd.7. Определить среднее значение интенсивности падающего света J :J J ...
J10,(9.94)J 1 210где J1, J2 – интенсивность света для i = 20º, 30º и т.д.JdJr8. Найти коэффициент отраженияи пропусканиясвета.JJ8. Построить графики зависимости коэффициентов отражения = f(i) ипропускания = f(i) от угла падения луча и проанализировать их.161Контрольные вопросы1. Для какой цели в работе служат стопы Столетова № 1 и № 2?2. Как в работе измеряется интенсивность отраженного ипроходящего через стопу № 2 света?3. Что называется коэффициентами отражения и пропусканиясвета? Как их определить?Вопросы по разделу 91.
Что называется интерференцией света?2. Какие волны являются когерентными?3. Что такое оптическая разность хода двух лучей?4. В чем заключается условие максимума и минимумаинтенсивности света при интерференции лучей?5. В каких случаях при отражении света необходимо оптическуюразность хода волн изменить на половину длины волны?6. Что называется дифракцией света? Принцип Гюйгенса.7. Метод зон Френеля.8.
Дифракция Фраунгофера на щели. Условие максимумов иминимумов интенсивности света.9. Дифракционная решетка. Условие главных максимумов.10. Разрешающая способность дифракционной решетки. КритерийРэлея.11. Угловая дисперсия дифракционной решетки.12. Поляризация света. Какой свет называется плоскополяризованным?13. Поляризация при отражении.
Угол Брюстера.14. Двойное лучепреломление в кристаллах.15. Призма Николя.16. Закон Малюса для естественного и плоскополяризованного света.162Р А З Д Е Л 10Квантовая оптикаВ этом разделе рассматриваются явления, которые иллюстрируюткорпускулярную природу света. Как известно, свет, наряду с волной,представляет собой поток частиц – фотонов, движущихся всегда соскоростью света в вакууме с = 3·108 м/с.Согласно постулату Планка, каждый фотон обладает порциейэнергии (квант энергии), величина которой пропорциональна частотеизлучения :h ,(10.1)–34где h = 6,626 10 Дж с – постоянная Планка.Импульс фотона определяется длиной волныhpф.(10.2)λ10.1 Тепловое излучениеЭлектромагнитное излучение, возникающее за счет внутреннейэнергии излучающего тела, называется тепловым излучением.
Оноопределяется температурой и оптическими свойствами тела.Характеристики теплового излучения:Энергетическая светимость тела (интегральная испускательнаяспособность) Ме [Вт/м2] – количество энергии, излучаемой за единицувремени по всем направлениям с единицы площади поверхности тела вовсем диапазоне длин волн.Излучение состоит из волн с различной длиной волны .Распределение энергии в спектре по длинам волн характеризуется спомощью спектральной плотности энергетической светимости М ,Т.Спектральнаяплотностьэнергетическойсветимости(монохроматическая испускательная способность) М ,Т [Вт/м3] –количество энергии, излучаемой за единицу времени по всемнаправлениям с единицы площади поверхности тела в единичномдиапазоне длин волн.Энергетическаясветимостьиспектральнаяплотностьэнергетической светимости связаны следующим образомMdM e;d,TMeM0,Td(10.3).(10.4)163Всякое падающее на поверхность тела электромагнитное излучениеможет частично поглощаться телом, частично отражаться и частичнопроходить сквозь тело, при этом доля поглощенной телом энергииможет быть различна для различных длин волн излучения.Спектральным коэффициентом поглощения а ,Т тела называетсяотношение поглощенной телом энергии монохроматическогоизлучения ко всей энергии падающего монохроматического излучения:Wпогл.
, T.(10.5)a ,TW ,TТело, которое при всех температурах полностью поглощает всепадающее на него излучение во всем диапазоне длин волн, называетсяабсолютно черным. Спектральный коэффициент поглощенияабсолютно черного тела равен единице для всех длин волн, т.е.а,TаT1.Моделью абсолютно черного тела можетслужить замкнутая полость (например, сфера) снебольшим отверстием (рис.10.1). Всякий луч,попавший внутрь полости через отверстие,испытывает многократное отражение. Каждоеотражениесопровождаетсяпоглощениемэнергии стенками полости, т.е. практическиРис. 10.1спектральный коэффициент поглощения такоймодели не отличается от единицы для всех длинволн при любой температуре.Понятие абсолютно черного тела играет большую роль приизучении закономерностей теплового излучения, поэтому дляхарактеристик излучения абсолютно черного тела обычноиспользуются свои обозначения: энергетическая светимость абсолютночерного тела обозначается M oe , плотность энергетической светимостиMo ,T .Спектральная плотность энергетической светимости М ,Т икоэффициент поглощения а ,Т любого тела связаны соотношением,называемым законом Кирхгофа: в состоянии теплового равновесияотношение спектральной плотности энергетической светимости кспектральному коэффициенту поглощения не зависит от природы телаи является для всех тел одной и той же универсальной функцией,равной спектральной плотности энергетической светимости абсолютночерного тела.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
