Физика. Оптика. Лабораторная работа № 1. Определение постоянной Планка методические указания к лабораторной работе

Действие интерференционных светофильтров основано на интерференции света в тонких пленках, при этом осуществляется многолучевая интерференция за счет многократного отражения между параллельными полупрозрачными зеркалами, как в интерферометре Фабри-Перо, но с той разницей, что расстояние между зеркалами составляет всего несколько света, где требуемая длина световой волны. При изготовлении таких светофильтров соответствующие полупрозрачные слои нужной толщины последовательно напыляют на стеклянную или кварцевую пластинку, служащую основой светофильтра. Для защиты от механических повреждений система заклеивается второй пластинкой. Ширина полосы пропускания таких светофильтров составляетпорядка 10 ангстрем (1 ангстрем = 10–10м) при коэффициенте пропускания около 25 %.

Фотосопротивление (фоторезистор) представляет собой полупроводниковый материал, в котором под действием света меняется состояние электронов: происходит переход электронов из связанных состояний в зону проводимости (внутренний фотоэффект), при этом увеличивается число носителей тока, в результате чего пропорционально возрастает электропроводность.

В настоящей работе окно фотосопротивления закрыто интерференционным светофильтром, и они вместе заключены в оправу из органического стекла.

Свет от лампочки проходит через интерференционный светофильтр, поэтому фотосопротивление RФ облучается почти монохроматическим светом длиной волны . Сила тока в цепи фотосопротивления будет пропорциональна интенсивности падающего света, т.е. пропорциональна

Полная энергия, излучаемая раскаленной нитью лампочки в единицу времени, т.е.мощность излучения, определяется соотношением

где – интегральная лучеиспускательная способность нити, а – площадь поверхности нити. Отметим, что раскаленную вольфрамовую нить можно считать почти черным телом. Мощность излучения можно оценить по потребляемой лампочкой мощности тока, полагая

где – сила тока в цепи лампочки, измеряемая амперметром А1,

а– напряжение на лампочке, измеряемое вольтметром V.

11

С учетом соотношений (13), (14) формула для расчета постоянной Планка в данной работе принимает вид

Для определения постоянной Планка проводятся несколько серий измерений. В каждой серии находят общую мощность излучения нити лампочки накаливания путем измерения электрической мощности, подводимой к лампочке, по формуле (15), а также определяют интенсивность света, проходящего через светофильтр, измеряя силу тока в цепи фотосопротивления. Полученные данные подставляют в формулу (16).

III.Порядок выполнения работы

1.Внимательно ознакомиться с установкой и назначением измерительных приборов на рабочем столе.

2.Включить лампочку накаливания Л и источник, питающий сопро-

светофильтром, приведены в табличке на рабочем столе.

5. По результатам трех опытов, попарно комбинируя соответствующие данные, вычислить три значения по формуле (16) и в отчете привести среднее значение.

IV. Контрольные вопросы

1.Как с помощью постоянной Планка выяснить относится ли данное явление к области классической физики или квантовой физики?

2.В чем состоит корпускулярно-волновой дуализм?

3.В чем состоит принцип неопределенности Гейзенберга?

4.Сформулируйте соотношения неопределенности Гейзенберга.

12

5.В чем состоит гипотеза, выдвинутая Планком для объяснения законов теплового излучения?

6.Что такое фотон?

7.В чем состоит фотоэффект и как он объясняется?

8.Сформулируйте закон Кирхгофа и дайте определения входящих в него величин.

9.Сформулируйте законы теплового излучения абсолютно черного тела.

10.Запишите закон излучения Планка и нарисуйте график, его представляющий.

11.Выведите расчетные формулы (12) и (16).

12.Поясните принцип действия фоторезистора.

13.Что представляет собой интерференционный светофильтр и каков принцип его действия?

Библиографический список

1.Трофимова, Т. И. Курс физики: учеб. пособие для вузов / Т. И. Трофимова. – М.: Высш. шк., 2007.

2.Сивухин, Д. В. Общий курс физики: в 5 т. Т. 4: Оптика / Д. В. Сивухин. – М.: Физматлит, 2006.

3.Сивухин, Д. В. Общий курс физики: в 5 т. Т. 5: Атомная физика / Д.В. Сивухин. – М.: Физматлит, 2006.

4.Савельев, И. В. Курс общей физики: в 3 т. Т. 3: Оптика, квантовая физика / И. В. Савельев. – М., 2005.

5.Казакова, Л. П. Изучение вентильного фотоэлемента: метод. указ. к лабор. работе. / А. П. Казакова, М. С. Качарова. – СПб.: СПбГЛТУ, 2012. –

16 c. ЭБС http://e.lanbook.com. Раздел Ресурсы СПбГЛТУ.

6.Шалимова, К. В. Физика полупроводников / К. В. Шалимова. –

М., 1971.

13

14

ДЛЯ ЗАМЕТОК

15