Электромагнитные волны. Квантовые свойства света. Физика атома.

Цель работы: Изучить методику и отработать технику демонстрационных опытов по теме.

Подготовка к работе (дома)

1. Повторите по школьным учебникам 11 классов следующие вопросы: электромагнитное поле, электромагнитные волны и их свойства, модуляция, детектирование, фотоэффект, модель атома, методы изучения элементарных частиц [6,8].

2. Изучите устройство и правила эксплуатации (1,2,11):

- комплекта приборов для изучения свойств электромагнитных волн ПЭВ-1

- комплекта приборов для изучения свойств электромагнитных волн

Всостав комплекта входят:

1. Блок СВЧ-генератора. Основными компонентами этого блока являются электронная схема с излучающим диодом Гана на выходе. Диод Гана генерирует электромагнитные колебания частотой 11±1,1 ГГц (гигагерц) и мощностью 10 мВт (милливатт). Эти колебания генерируются в металлизи­рованном волноводе и излучаются рупорной антенной.

Внутри этого блока смонтирован и модулятор (звуковой генератор), кото­рый и обеспечивает восприятие электромагнитного излучения СВЧ-генера­тора. На боковой стороне блока генератора смонтированы органы управле­ния: 1- включатель питания, 2 - сигнал (светодиод) включения прибора, 3 -переключатель вида звукового сигнала (дискретный, мелодичный, непрерывный), 4,5,6 - гнезда для прослушивания модулирующего сигнала с помощью телефонов.

2. Блок приемника по габаритным размерам и внешней конструкции практически совпадает с блоком СВЧ-генератора. Отличить его можно по той стороне блока, на которой смонтированы органы управления: 1 -включатель питания, 2 - сигнал (светодиод) включения прибора, 3 - линейка светодиодов (число светящихся диодов говорит об уровне принимаемого сигнала), 4 - регулятор уровня громкости принимаемого сигнала, 5 - вклю­чатель (выключатель) звукового сигнала, б - гнездо для включения диполь-приемника, 7 - гнездо для включения вольтметра (мультиметра) с пределом измерения до 10 В.

3. Диполь-приемник (высокочастотный диод) на стойке (см. рис. За) пред­назначен для обнаружения (приема) высокочастотных электромагнитных колебаний. Выводы этого диода соединены с контактами гнезда, закреплен­ного в нижней части стойки.

4. Три пластины-экрана из дюралюминия: две размерами170х150х1,2 мм, одна – 170х80х1,2 мм.

5. Два бруска из дерева; один размерами 150x80x40 мм, другой 150x80x20 мм.

6. Парафиновая равнобедренная призма размерами 125x125x45 мм.

7. Два провода: один длиной 1,2 м двойной с двухконтактными штепселями на концах (он предназначен для соединения диполь-диода с блоком приемника), другой - длиной 1,5 м о двухконтактным штепселем на одном конце и двумя зажимами типа "крокодил", на другом конце.

8. Четыре призматические пластмассовые подставки для пластин-экранов. Все компоненты набора приборов размещены в укладках упаковочной коробки.

- камеры Вильсона

- счетчика ионизирующих излучений.

Заполните таблицу 1.

3. Познакомьтесь с описанием демонстраций по теме.

Заполните графы 1-3 таблицы 3:

а) с комплектом для изучения свойств электромагнитных волн ПЭВ-1

1. Распространение электромагнитных волн. [2, с. 233]. В учебнике используется другая модель УНЧ, чем в лаборатории – из схемы исключите громкоговоритель.

2. Отражение электромагнитных волн [2, с. 234].

3. Преломление электромагнитных волн [2, с. 234-235].

4. Интерференция электромагнитных волн [2, с. 235].

5. Поляризация электромагнитных волн [2, с. 237].

6. Принцип радиолокации [2, с. 237].

б) с комплектом для изучения свойств электромагнитных волн

7) Экранирующее действие предметов из разных веществ на распространение электромагнитных волн короткой длины.

На демонстрационном столе вдоль метра демонстрационного устанав­ливают блок передатчика и блок приемника рупорами навстречу друг другу. На модуляторе передатчика устанавливают непрерывный звуковой сигнал. На приемнике переключатель 5 переводят в положение включение звукового сигнала. Приемник воспроизводит непрерывный звуковой сигнал. Закрываем рупор передатчика или приемника деревянным бруском толщиной 20мм и фиксируем ослабление звукового сигнала, визуально это можно фиксировать с помощью линейки светодиодов. Регулятором громкости уровень принимаемого сигнала фикси­руют двумя горящими светодиодами. После закрытия рупора бруском свечение светодиодов исчезает.

Если повторить эти же опыты с деревянным бруском толщиной 40мм, то обнаруживают более сильное поглощение коротковолнового электромагнит­ного излучения.

Помещая перед рупором ладонь руки, обнаруживают практически полное поглощение СВЧ излучения.

Широкая пластинка из дюралюминия, размещенная между рупорами экспериментальной установки, полностью прекращает прием. Это происходит в том случае, когда эта пластина находится вблизи рупора. Если же она находится посередине между рупорами, установленными на расстоянии 80 -100 мм, то прием СВЧ излучения не исчезает полностью.

8. Дифракция электромагнитных волн.

Для демонстрации дифракции электромагнитных волн установку собирают по рисунку. В этой установке экран перекрывает половину рупора передатчика, диполь-диод вначале устанавливают позади экрана, но он не закрывается им. Слушают звучание принимаемого сигнала. Затем медленно перемещают диполь-диод за экран и отмечают, что звучание долго не прекращается. Оно исчезает, когда диполь-диод окажется глубоко за экраном. Обнаружение электромагнитных волн за экраном говорит об их дифракции.

Перед рупором передатчика устанавливают два экрана так, чтобы между ними образовалась воздушная щель шириной 3-4 см (см. рис.). Позади щели устанавливают диполь-диод, подключенный к приемнику. Плавно перемещают за щелью диполь-диод и по звучанию громкоговорителя приемника обнаруживают центральный и один-два побочных максимума с каждой стороны щели.

8. Модель опыта Резерфорда [1, с. 203].

9. Наблюдение треков в камере Вильсона (модель).

Стеклянную колбу споласкивают водой и укрепляют вверх дном в лапке штатива. Отверстие колбы закрыто резиновой пробкой, в которую вставляют резиновую грушу. Сначала грушу медленно сжимают, а затем быстро отпускают. При расширении воздуха существенных изменений в колбе не наблюдают (примените подсветку). Колбу открывают и к ее отверстию подносят пламя от спички. Снова закрывают колбу и повторяют опыт. Колба наполняется густым туманом. Сделайте вывод. Изучите модели камеры Вильсона.

8. Устройство и действие счетчика ионизирующих частиц [1, с. 205].

Задания для выполнения в лаборатории

Задание 1. Используя имеющееся оборудование, выполните демонстрации. Результаты опытов и наблюдений занесите в графу 4 таблицы 3. Не забывайте о выполнении требований, предъявляемых к демонстрационному эксперименту.

Задание 2. Ответьте на контрольные вопросы:

1. Как можно продемонстрировать поляризацию электромагнитных волн, излучаемых рупорной антенной, не используя поляризационные решетки?

2. Предложите простейший опыт по модулированию колебаний.