Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Физика. Оптика. Учебное пособие
.pdf
63
электроны, испускаемые катодом, достигают анода: Iн = en, где п -
0
2
max
ник
2
Ue
m
Е
2
max
число электронов, испускаемых катодом в 1 с. При U = 0 фототок
не исчезает, поскольку фотоэлектроны при вылете из катода обладают некоторой начальной скоростью. Для того чтобы фототок
стал равным нулю, необходимо приложить задерживающее
напряжение Uo. При U = U0 ни один из электронов, даже обладающий при вылете максимальной начальной скоростью, не может
преодолеть задерживающего поля и достигнуть анода:
,
т.е., измерив задерживающее напряжение U0, можно определить
максимальное значение скорости
и кинетической энергии Е
кин
фотоэлектронов.
Законы фотоэффекта
1. Закон Столетова: при фиксированной частоте падающего
света число фотоэлектронов, испускаемых фотокатодом в единицу
времени, пропорционально интенсивности света (сила фототока
насыщения пропорциональна энергетической освещенности катода).
2. Максимальная начальная скорость (максимальная начальная кинетическая энергия) фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, а определяется только его частотой ν.
3. Для каждого вещества существует красная граница фото-
эффекта - минимальная частота v0 света (зависящая от химической
природы вещества и состояния его поверхности), ниже которой
фотоэффект невозможен.
Для объяснения механизма фотоэффекта Эйнштейн предпо-
ложил, что свет частотой v не только испускается отдельными
квантами (согласно гипотезе Планка), но и распространяется в
пространстве и поглощается веществом отдельными порциями
(квантами), энергия которых ε = hv, h – постоянная Планка.
Кванты электромагнитного излучения, движущиеся со скоро-
стью с распространения света в вакууме, называются фотонами.
Энергия падающего фотона расходуется на совершение элек-
троном работы выхода А из металла и на сообщение вылетевшему
фотоэлектрону кинетической энергии.
61
64
Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта:
2
2
max
m
Ah
max
h
2
c
h
m
h
c
h
p
iRhnp
2
0
cos)1(
,
h – постоянная Планка, ν – частота света, А – работа выхода
(энергия, необходимая для вырывания электрона с поверхности
вещества), m – масса электрона,
- максимальная скорость вы-
летающих электронов.
Соотношения, связывающие квантовые (корпускулярные)
характеристики фотона - массу m, импульс p и энергию ε - с вол-
новыми характеристиками света - его частотой ν и длиной волны
λ:
,
,
.
Свет обладает одновременно волновыми свойствами, кото-
рые проявляются в закономерностях его распространения, интерференции, дифракции, поляризации, и корпускулярными, которые
проявляются в процессах взаимодействия света с веществом (испускания, поглощения, рассеяния). Проявление двойственной природы света (и волновой, и корпускулярной) называется корпуску-
лярно-волновым дуализмом света.
Свет производит давление p на отражающие или поглоща-
ющие его поверхности:
,
n0 – концентрация фотонов падающего света, h - постоянная
Планка, ν - частота волны света, R - коэффициент отражения света
от поверхности (отношение отраженной энергии к падающей), i -
угол падения света на поверхность (угол между лучами и перпендикуляром к поверхности).
Эффект Комптона
Корпускулярные свойства света отчетливо проявляются в эф-
фекте Комптона - упругом рассеянии коротковолнового электро-
магнитного излучения (рентгеновского и γ-излучений) на свободных (или слабосвязанных) электронах вещества, сопровождающе-
еся увеличением длины волны. Это увеличение Δλ не зависит от
длины волны падающего света λ или природы вещества, а только
62
65
от угла рассеяния θ (угол между направлением распространения
2
sin
2
2
mc
h
падающего и рассеянного фотонов):
,
m – масса электрона, с – скорость света в вакууме.
Если электрон сильно связан с атомом, то при рассеянии на
нем фотона последний передает энергию и импульс не электрону, а
атому в целом. Масса атома во много раз больше массы электрона,
поэтому Δλ будет малой величиной.
Рассеяние может происходить как на свободных, так и на
связанных в атомах электронах, а поглощать фотоны могут только
связанные электроны. Поглощение фотона свободным электроном
невозможно, т.к. при этом не выполняются законы сохранения
энергии и импульса.
63
66
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1. Законы геометрической оптики. Показатель преломления света.
2. Оптическое изображение. Построение изображений с помощью
линз.
3. Волновая оптика. Свет как электромагнитная волна.
4. Интерференция и ее применение. Условия когерентности волн.
5. Основные интерференционные схемы: интерференция в тонких
пленках, кольца Ньютона.
6. Принцип голографии.
7. Принцип Гюйгенса-Френеля. Геометрический метод зон Фре-
неля. Зонная пластинка.
8. Дифракция Фраунгофера.
9. Дифракционная решетка.
10. Поляризация света. Законы Малюса и Брюстера.
11. Вращение плоскости поляризации. Поляризационные приборы.
12. Дисперсия света.
13. Поглощение и рассеяние света.
14. Корпускулярно-волновая природа света. Фотоны.
15. Квантовая природа света, фотоэффект.
16. Тепловое излучение. Законы Вина и Стефана-Больцмана.
64
67
ЛИТЕРАТУРА
Основная литература
1. Савельев И.В. Курс общей физики [Текст] / И.В. Савельев. – М.
: Наука, 1988.
2. Трофимова Т.И. Курс физики [Текст] / Т.И. Трофимова. – М. :
Высшая школа, 2004.
3. Яворский Б.М. Основы физики [Текст] / Б.М. Яворский, А.А.
Пинский. – М. : Физматлит, 2003.
Дополнительная литература
4. Сивухин Д.В. Общий курс физики [Текст] / Д.В. Сивухин. – М.
: Наука, 1986.
5. Иродов И.Е. Задачи по общей физике [Текст] / И.Е. Иродов. –
М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2003.
6. Чертов А.Г. Задачник по физике: учебное пособие [Текст] / А.Г.
Чертов, А.А. Воробьев. – М. : Физматлит, 2005.
7. Савельев И.В. Сборник вопросов и задач по общей физике
[Текст] / И.В. Савельев. – М. : Наука, 1988.
8. Сахаров Д.И. Сборник задач по физике [Текст] / Д.И. Сахаров.
– М. : Мир и образование, 2003.
9. Яворский Б. Физика для школьников ст. кл. и поступающих в
вузы [Текст] : учеб. пособие / Б. Яворский, А. Детлаф. – М. :
Дрофа, 1998.
10. Бондарев Б.В. Курс общей физики [Текст] / Б. В. Бондарев, Г.Г.
Спирин. – М. : Высшая школа, 2005.
65
68
Строение человеческого глаза
Приложение 1
Нормальное глазное яблоко имеет почти шаровидную форму
диаметром около 2,5 мм. Глаз расположен в центре костной орбиты, содержащей еще и мышцы, поворачивающие глазное яблоко в
определенных пределах, зрительный нерв, питающие кровеносные
сосуды, и окружающую все эти образования позади и с боков глазного яблока клетчатку. При заболеваниях (в основном близорукой
болезни) глазное яблоко может вытягиваться, превращаясь из шара
в объемный эллипс.
1. СОСУДИСТАЯ оболочка – сеть мелких сосудов для пита-
ния всех частей глаза.
2. СЕТЧАТКА – нервные клетки, датчики, воспринимающие
лучи света. Сетчатка выстилает полость глаза изнутри и имеет сложное многослойное строение (кроме самой центральной ее зоны).
Сетчатка является частью мозга, выросшей вперед из черепа в
процессе развития каждого человека еще в утробе матери. Центральная зона сетчатки – «желтое пятно» обеспечивает важнейшую
задачу зрительного анализатора – хорошую остроту зрения. Вся
остальная часть сетчатки дает человеку возможность иметь периферическое зрение.
66
69
3. РОГОВИЦА – передняя прозрачная часть глаза, являюща-
яся линзой с оптической силой света примерно в 40 диоптрий (у
каждого человека различна).
4. РАДУЖКА – круговая шторка с отверстием в центре
(зрачком). В радужке есть кольцеобразные мышцы, сужающие и
расширяющие зрачок. Цвет глаза – это фактически цвет его радужки, зависящий от количества и качества пигментных клеток в ней.
Радужка является частью сосудистой оболочки глаза.
5. ПЕРЕДНЯЯ КАМЕРА глаза, где циркулирует влага, обес-
печивающая обмен веществ (питание) прозрачных частей глаза:
роговицы, хрусталика и стекловидного тела.
6. СКЛЕРА – плотная наружная белочная оболочка глазного
яблока. Покрывает глаз со всех сторон, кроме передней части, где
она превращается в прозрачную РОГОВИЦУ.
7. ХРУСТАЛИК – выпуклая живая линза с силой преломления
лучей света примерно в 20 диоптрий. Хрусталик – главная линза глаза, настраивающая фокусировку пучка лучей света, попадающего
внутрь глаза через роговицу и зрачок точно на центральную зону сетчатки.
8. РЕСНИЧНОЕ ТЕЛО – часть сосудистой оболочки глаза с
круговой кольцеобразной мышцей в своей толще. Эта мышца может регулировать силу преломления лучей хрусталиком, что обеспечивает четкое видение предметов, находящихся на разных расстояниях от глаза. Отростки ресничного тела вырабатывают водянистую влагу, необходимую для питания прозрачных частей глаза.
9. СТЕКЛОВИДНОЕ ТЕЛО – прозрачная желеобразная
структура глаза, занимающая по объему и весу большую его часть.
Обеспечивает необходимую форму глазного яблока и поддерживает нужное для работы глаза взаимное расположение между собой
внутренних частей глаза.
10. ЗРИТЕЛЬНЫЙ НЕРВ состоит из суммы нервных нитей,
идущих от световоспринимающих клеток сетчатки в мозг. По этому пучку нервных нитей передаются биологические электрические
токи. Эти токи возникают в нервных клетках сетчатки как реакция
на действие лучей света. Таким образом, световая информация, поступающая в глаз, превращается в электрическую и по зрительному
нерву передается в мозг.
67
70
Приложение 2
Е
F
q
F
E
B
Н
0
B
H
Напряженности электрических и магнитных полей
Электрическое и магнитное поля – это особые формы мате-
рии, проявляющиеся своим воздействием на заряженные тела.
Характерная особенность электрического поля состоит в том,
что оно действует на электрический заряд с силой, которая не зависит от скорости движения заряда. Основной количественной характеристикой электрического поля служит вектор напряженности
электрического поля
действует на точечный пробный заряд, помещенный в рас-
сматриваемую точку поля, к величине q этого заряда:
измеряется напряженность электрического поля в вольтах на метр
(В/м).
Характерная особенность магнитного поля состоит в том, что
оно действует только на движущиеся заряды с силами, пропорциональными скоростям зарядов и направленными перпендикулярно к
этим скоростям. Магнитное поле характеризуют вектором магнит-
ной индукции
, который можно определить несколькими спосо-
бами, например, как вектор, модуль которого равен максималь-
ной силе, действующей на движущийся со скоростью 1 м/с точечный положительный заряд 1 Кл. Магнитная индукция изме-
ряется в теслах (Тл). Напряженность магнитного поля
магнитная индукция, разделенная на магнитную постоянную
12,57·10-7Гн/м:
, равный отношению силы
,
, которая
- это
≈
0
.
68
71
Множитель
Приставка
Наименование
Обозначение
русское
международное
10
18
экса Э Е
10
15
пета П Р
10
12
тера Т Т
109
гига Г G
106 мега М М
103 кило к k
102 гекто г h
10
дека
да
da
10
-1
деци д d
10
-2
санти с с
10
-3
милли
м
m
10
-6
микро
мк
10
-9
нано н n
10
-12
пико п р
10
-15
фемто ф f
10
-18
атто а а
Кратные и дольные единицы
Приложение 3
69
72
Учебное издание
Кейс-технология
Специальности 080401 Товароведение и экспертиза товаров,
230100 Информатика и вычислительная техника
Блок общих математических и естественно-научных дисциплин
Мещерякова
Наталья Евгеньевна
ФИЗИКА
ОПТИКА
Компьютерный набор Н. Е. Мещерякова
Редактор В. П. Мишина
Подписано в печать 29.08.09 г.
Формат 60×84/16. Бумага офсетная.
Объем в печ.л. 4,38 Объем в уч.-изд.печ.л. 2,79
Тираж 15 экз. Заказ № 58
Отпечатано в типографии
НОУ ВПО «Волгоградский институт бизнеса».
400010, г. Волгоград, ул. Качинцев, 63.
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]