Методичка по физике

Занесите результаты в таблицу 2 рабочей тетради.

9.Сделайте выводы по результатам работы.

41

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 34

Определение длины световой волны и характеристик дифракционной решетки

Цель работы: применение дифракции света для определения длины волны; оценка характеристик дифракционной решетки.

Методика эксперимента

Экспериментальная установка (гониометр) состоит из источника света S, который помещают в фокусе линзы объектива 1, дифракционной решетки 2, окулярной линзы 3 и экрана 4, расположенного в фокальной плоскости окуляра (рис.34.1).

φ

S

φ

Рис.34.1

Углы поворота тубуса гониометра с линзой 3, равные углам дифракции, измеряют по шкале.

Расчет дифракционной картины от одной щели приводит к условию минимумов и максимумов соответственно:

где b – ширина щели, λ – длина волны света, κ – порядок минимума и максимума интерференции.

42

Распределение интенсивности света при дифракции Фраунгофера от щели показано на рис. 34.2

Рис.34.2

Дифракционная картина от дифракционной решетки при дифракции Фраунгофера аналогична рис. 34.2, но более сложная

(рис.34.3).

Рис. 34.3

Условие минимумов дифракционной решетки определяется дифракцией света от одиночной щели, а главных максимумов и дополнительных минимумов – интерференцией света от различных щелей.

Условие главных максимумов для дифракционной решетки задаётся уравнением:

где d – период решетки, κ – порядок главных максимумов дифракции, – угол дифракции,

а условия минимумов – уравнением:

43

Порядок выполнения работы

Задание 1. Определение длины световой волны

1.Включите осветитель и наблюдайте через окуляр гониометра дифракционный спектр.

2.Установите ноль шкалы на центральный максимум.

3.Поворачивая тубус гониометра, измерьте углы (в делениях шкалы), под которыми наблюдаются спектральные линии трехчетырех основных цветов (по заданию преподавателя) для порядка k=1 слева от центрального максимума.

4.Продолжая поворачивать тубус гониометра, проведите такие же измерения для порядка k=2 слева от центрального максимума.

5.Проведите аналогичные измерения для порядка k=1 и k=2 справа от центрального максимума.

6.Результаты измерений занесите в таблицу 1 рабочей тетради.

7.Рассчитайте длину волны для каждого цвета для k=1 и k=2 по формуле

(d – задано на установке). Определите среднюю длину волны для каждого цвета.

8. Результаты расчетов занесите в таблицу 2 рабочей тетради.

Задание 2.

Определение угловой дисперсии и оценка разрешающей способности решетки

1.Для двух близко расположенных линий спектра найдите углы

3.Данные измерений занесите в таблицу 3 рабочей тетради.

4.Определите дисперсию по формуле: D1 .

44

6.Рассчитайте разрешающую способность решетки по формуле

наименьшую разность длин волн Δλ, которую может разрешить решетка в первом и во втором порядке.

8.Результаты расчетов занесите в таблицу 4 рабочей тетради.

9.Сделайте выводы по результатам работы.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 35 Определение концентрации растворов сахара и постоянной

вращения.

Методика эксперимента

Метод определения концентрации растворов основан на свойстве ряда веществ, называемых оптически активными, поворачивать на некоторый угол плоскости колебаний векторов

Это явление называется вращением плоскости поляризации. К числу веществ, способных поворачивать плоскость поляризации, относится сахар, оптическая активность которого обусловлена

пропорционален концентрации раствора C и длине пути света l в этом растворе.

где - постоянная вращения, величина которой зависит от строения молекул оптически активного вещества.

Зависимость (1) позволяет определить концентрацию раствора, если измерены угол φ и длина l. Для этого необходимо

45

иметь поляризованный свет. Для его получения используется призма Николя. Она состоит из двух кристаллов исландского шпата, склеенных канадским бальзамом.

Рис.35.1 о

Луч естественного света разделяется в кристалле на два луча, поляризованные во взаимно перпендикулярных плоскостях. Один из них обыкновенный “o”, другой необыкновенный “e”. Необыкновенный луч не подчиняется законам преломления, его скорость и показатель преломления различны в разных направлениях:

Клей подобран таким образом, что его показатель преломления n имеет промежуточное значение между

При падении на границу с клеем под углом, большим предельного, обыкновенный луч испытывает полное внутреннее отражение от оптически менее плотной среды (клея), а необыкновенный луч проходит через призму.

Таким образом, призма Николя является поляризатором: из неё выходит плоско поляризованный свет.

Прибор для определения концентрации растворов сахара называется сахариметром. Он позволяет измерить углы поворота

46

построенному с помощью эталонных растворов, можно

сахариметра представлена на рис. 35.2

Рис. 35.2

Свет от источника 1, находящегося в фокусе линзы 2, параллельным пучком попадает на поляризатор 3-4, после которого поляризованный свет проходит через трубку с раствором сахара 5, затем через анализатор 6 и, проходя систему линз в

шкале нониуса 8; Отсчет по шкале показан на рис. 35.3

Рис. 35.3

Основными узлами прибора являются поляризатор (3,4) и анализатор (6). Поляризатор состоит из двух призм Николя (3 и 4), позволяющих получить два пучка поляризованного света, в

47

Рис. 35.4

Анализатор – одна призма Николя, через которую проходят оба пучка света, выходящие из призм 3-4. Интенсивности обоих пучков после анализатора зависят от положения главной плоскости анализатора А относительно направления колебаний

будет темной, левая – светлой.

Если плоскость А расположена по биссектрисе угла β, то обе половины поля зрения будут освещены одинаково и ярко. Если А расположить перпендикулярно биссектрисе угла β, то обе половины поля зрения будут освещены одинаково и слабо (рис. 35.4г). В работе следует ориентироваться на слабую освещенность, так как к её изменению глаз более чувствителен.

Если вставить между поляризатором и анализатором

восстановить одинаковую освещенность поля зрения, плоскость анализатора нужно повернуть на такой же угол (рис.35.4д,е,ж).

48

Порядок выполнения работы

1.Определите начальный отсчет прибора при отсутствии в нем трубки с раствором. Для этого поверните анализатор винтом 7, найдите такое его положение, чтобы освещенность поля зрения менялась при повороте анализатора на небольшой угол: вначале левая половина светлая, правая темная, затем – наоборот. После этого установите анализатор в промежуточное положение, добиваясь одинаковой освещенности всего поля зрения.

Запишите отсчет по шкале. Измерение проведите три раза. Для этого поворотом винта слегка измените освещенность поля зрения и вновь добейтесь одинаковой освещенности обеих его половин.

2.В световой канал прибора вставляйте поочередно трубки с известной и неизвестной концентрацией сахарных растворов и для каждой трубки проведите три раза измерения угла, как описано в пункте1.

3.Результаты измерений занесите в таблицу 1 рабочей тетради.

4.Рассчитайте средние значения каждой серии измерений,

поляризации света каждым раствором.

5. Постройте график зависимости углов φ поворота плоскости поляризации растворов от произведения их концентрации С на длину трубок l.

раствором неизвестной концентрации, определите концентрацию по графику (рис. 35.5)

7. Определите постоянную вращения сахара по двум произвольно выбранным точкам на графике (рис.35.5)

2 1

(Cl) C2l2 C1 l1

49

Рис.35.5

8.Сделайте выводы по результатам работы.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 36 Снятие вольтамперных характеристик фотоэлемента и

определение его чувствительности

Цель работы: экспериментальная проверка первого закона фотоэффекта: число фотоэлектронов, вырываемых из катода за единицу времени пропорционально интенсивности света.

Методика эксперимента