книги / Физика

3. Окончательный результат представить в следующе-

ем виде:

Индукция магнитного поля в межполюсном зазоре прибора магнитоэлектрической системы, Тл:

B B B.

Относительная погрешность эксперимента в процентах

BB 100% … .

4. Построить график зависимости угла поворота ,град, от тока I,мА по данным табл. 4.14 на бумаге в клетку в тетра-

ди в удобном линейном масштабе. Проведите прямую линию

через точки по линейке.

Таблица 4.14 Коэффициенты Стьюдента t ;n

5.Вычислитенаграфикетангенсугла наклонапрямойлинии: tg I .

271

6. Вычислите среднее значение магнитной индукции, определённое из графика,

Bср CkStg .

7. Сравните Bср со средним значением B , определен-

ным по формуле (4.20). Контрольные вопросы:

1.Чем создается и как обнаруживается магнитное поле?

2.Как направлен вектор индукции магнитного поля?

3.Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле (закон Ампера).

4.Величина индукции магнитного поля (физический смысл индукции магнитного поля), единицы её измерения в СИ.

5.Принцип действия прибора магнитоэлектрической системы.

6.Вывод расчётной формулы (4.19) для определения магнитного поля в воздушном зазоре прибора.

Лабораторная работа № 8

Определение длины волны света с помощью дифракционной решётки

Цель работы: изучить явление дифракции на примере определения длины волны света с помощью дифракционной решётки.

Приборы и принадлежности: лазер, дифракционная ре-

шётка, измерительная линейка и экран.

Теоретическая часть:

Дифракция света – проникновение света в область геометрической тени при взаимодействии с непрозрачными препятствиями. Красный свет сильнее дифрагирует (сильнее отклоняется границами тел), чем фиолетовый.

Дифракция на одномерной дифракционной решётке. Дифракционная решётка – система одинаковых параллельных щелей в плоской непрозрачной пластинке, расположенных на

272

равных расстояниях друг от друга при нормальном падении света на решётку, где период решётки d a b, где a – ширина

щели (прозрачный промежуток), b – ширина непрозрачного промежутка между соседними щелями.

Для главных максимумов

d sin m m , m 0,1, 2,3,....

Для главных минимумов

a sin n n ,n 1, 2,3,....

Распределение интенсивностей I A2 :

Последний сомножитель – это периодическая функция, содержащая главные максимумы, между которыми находятся вторичные максимумы и минимумы малой интенсивности.

Первый сомножитель – широкий sincх – огибающая последнего сомножителя (рис. 4.13).

Количество периодов N d1 составляет от 100 до

2000 штрихов на 1 мм (ВС до УФ-диапазона), т.е. число пространственных периодов на 1 мм.

273

ние от дифракционной решётки до экрана, lm – расстояние ме-

жду двумя максимумами m порядка (m 1, 2,...), l21 – рас-

стояние от нулевого максимума m = 0 до первого главного максимума m = 1.

Источник света – лазер дает когерентный строго параллельный пучок света малого сечения. Поэтому в установке не нужны собирающие линзы. Дифракционная картина в виде полосок яркого цвета (главные максимумы) отлично видна на экране (рис. 3.2, белые овалы).

Порядок проведения работы:

1. Согласно рис. 4.14 собрать установку.

Рис. 4.14. Схема установки для определения длины волны света с помощью дифракционной решётки

2.Включить лазер в сеть и направить его на экран со шкалой из миллиметровой бумаги. Запомнить положение нулевого максимума.

3.Вставить дифракционную решётку в рамку рейтера 3.

4.Направить лазер на дифракционную решётку.

5.Наблюдать главные максимумы и добиться их чёткого расположения по всему экрану.

максимума до первого максимума и записать в табл. 4.13.

275

Таблица 4.13 Таблица к лабораторной работе № 8

максимума до второго максимума и записать в табл. 4.13.

8.Измерить расстояние L, мм, от дифракционной решётки до экрана.

9.Вычислить синус дифракционного угла для первого главного максимума, который для малых углов до 30° практически равен тангенсу дифракционного угла, по формуле

sin m 1 tg m 1 l2mL1 .

10.Записать это значение в табл. 4.13.

11.Вычислить синус дифракционного угла для второго максимума аналогично п. 9 и записать в табл. 4.13.

12.Определить период дифракционной решётки, мм, по

формуле

d N1 ,

где N – число штрихов (непрозрачных участков), расположенных на 1 мм дифракционной решётки (сообщается лаборантом).

13. Вычислить длину волны, мм, для первого дифракционного максимуму по формуле

1 d sin m .

14. Вычислить длину волны, мм, для второго дифракционного максимуму по формуле

276

2 12d sin 2.

15. Окончательно вычислить среднюю длину волны, мм, излучения лазера по формуле

1 2

2

и сравнить полученный результат с табличным значением для газового гелий-неонового лазера лазер 0,63 мкм 0,63 10 3мм.

Контрольные вопросы:

1.Дайте определение явлению дифракции.

2.Опишите устройство и дайте основные характеристики дифракционной решётки.

3.Расскажите, как определить длину волны света по формуле для главных максимумов дифракционной решётки.

Лабораторная работа № 9

Исследование фотоэлементов

Цель работы: снять вольт-амперную характеристику вакуумного фотоэлемента.

Приборы и принадлежности: оптическая скамья, ваку-

умный фотоэлемент, вольтметр, миллиамперметр, выпрямитель, источник тока.

Теоретическая часть:

Действие фотоэлементов основано на явлении внешнего и внутреннего фотоэффекта. Внешний фотоэффект – явление испускания электронов с поверхности металла под действием электромагнитного излучения (видимого света, ультрафиолета, рентгеновских лучей). В основе фотоэффекта лежит электронфотонное взаимодействие. Частица света фотон, падая на поверхность металла, поглощается электроном. Электрон, двигаясь к поверхности, преодолевает энергетический барьер и далее свободно движется в вакууме. Закон сохранения энергии определяет уравнение Эйнштейна для фотоэффекта

277

h Aвых m22 ,

где h – энергия фотона; Aвых – работа выхода электрона из ме-

талла; m22 – кинетическая энергия электрона.

Красная граница фотоэффекта – минимальная частота, при которой наблюдается фотоэффект:

h кр A.

Квантовый выход фотоэффекта – отношение числа электронов Ne к числу падающих фотонов N достигает максимума

Ne 0,15 при энергии фотонов 18 эВ.

N

Вакуумный фотоэлемент – это двухэлектродная лампа. Анод А находится в центре сферического стеклянного баллона. Катод К в виде металлической полусферы пленки покрывает внутреннюю полусферу баллона. При освещении катода из него летят электроны и попадают на анод, возникает электрический ток (рис. 4.15).

Рис. 4.15. Схема фотоэлемента

Порядок выполнения работы:

1. Определите все приборы и соберите схему установки согласно рис. 4.16.

278

6.Уменьшите расстояние r2 между фотоэлементом и источником тока и повторить измерения согласно п. 5.

7.Постройте графики зависимости фототока от напряжения на бумаге в клетку в тетради и сравните их с представленными на рис. 4.17. Объясните, почему не наблюдается нулевой

ток I0 в данном эксперименте.

Рис. 4.17. Вольт-амперные характеристики вакуумного фотоэлемента. Iн1 – ток насыщения

Контрольные вопросы:

1.Напишитеформулыдляэнергиифотонаиимпульсафотона.

2.Напишитеуравнение Эйнштейна и объясните его.

3.Определите красную границу фотоэффекта для работы выхода в 1 эВ.

4.Объясните полученные вольт-амперные характеристики вакуумного фотоэлемента и их отличие от показанных на рис. 4.17.

280