IV. Содержание отчета.

Отчет по работе составляется в произвольной форме и должен содержать:

1. Краткое описание работы.

2. Схему опыта.

3. Расчетные формулы.

4. Результаты измерений.

5. Вычисления.

6. Выводы.

V. Контрольные вопросы.

1. Что называется явлением дифракции?

2. При каких условиях возможна дифракция световых лучей?

3. Какую роль играет явление интерференции при наблюдении дифракционной картины?

4. Каковы условия образования максимумов и минимумов в случае одной щели?

5. Каковы условия дифракционных максимумов в случае двух щелей?

6. Что такое дифракционная решётка?

7. Записать формулу дифракционной решётки.

8. От чего зависит предельное число дифракционных максимумов, наблюдаемых при помощи решётки?

9. Как подсчитать погрешность в данной работе?

10. Что такое постоянная дифракционной решетки?

11. Для чего при наблюдении дифракции света с помощью решетки используется собирающая линза?

12. Какие волны называются когерентными?

13. Вычислите радиус третьей зоны Френеля для плоской волны. Длина волны 600 нм. Расстояние от волновой поверхности до точки наблюдения равно 1,2 м.

14. Сколько штрихов на 1 мм длины имеет дифракционная решетка, если зеленая линия ртути (λ=546,1 нм) в спектре первого порядка наблюдается под углом 19⁰8^/ ?

15. Найдите наибольший порядок спектра для желтой линии натрия λ=589нм, если постоянная дифракционной решетки равна 2 мкм.

16. На дифракционную решетку нормально падает монохроматический свет. Определить угол дифракции для линии 0,55 мкм в четвертом порядке, если этот угол для линии 600 нм в третьем порядке составляет 30⁰.

3.3 Проверка законов освещенности при помощи фотоэлемента

Цель работы: Изучение и проверка законов освещенности.

I. Теоретическое введение.

Известно, что разнообразные действия света обусловлены в первую очередь наличием определенной световой энергии. Непосредственное восприятие света обусловлено действием световой энергии, поглощенной чувствительными элементами глаза. То же имеет место и в любом приемнике, способном реагировать на свет, например, в фотоэлементе, термоэлементе и фотопластинке.

Количество световой энергии W ,проходящей через какую-либо пло­щадку в единицу времени, называется потоком лучистой энергии через эту площадку.

(1)

Поток лучистей энергии, оцениваемый по зрительному ощущению, называется световым потоком.

Все вопросы, связанные с определением световых величин, особенно просто решаются в том случае, когда источники света являются то­чечными. Назовем точечным такой источник света, размеры которого малы по сравнению с расстоянием до места наблюдения и который (в однородной и изотропной среде) излучает сферические волны. Для характеристики точечных источников света применяется сила света I, которая определяется как световой поток приходящий на единицу телесного угла;

(2)

Телесный угол ω равен отношению поверхности dS, вырезанной на сфере конусом с вершиной "О" (рис. 1), к квадрату радиуса сферы:

В случае сферы .

Единицей телесного угла является стерадиан - телесный угол, которому на сфере единичного радиуса соответствует поверхность с площадью, равной единице. Полный телесный угол равен 4π.

Сила света, измеряется в международных свечах (канделах). Кандела является одной из основных единиц Международной системы (СИ).

Е диницей светового потока является люмен (лм). Он равен световому потоку, излучаемому изотропным источником с силой света в 1 кд. в пределах телесного угла в один стерадиан, из формулы (2) следует:

dФ=I dω => 1лм = 1кд · 1стер.

Освещенность Е поверхности S определяется световым потоком, падающим на единицу площади этой поверхности.

(3)

Единицей - освещенности является люкс (лк), равный освещенности, создаваемой потоком в 1 лм, равномерно распределенным по поверхности в 1м²:

1лк=1лм/1м² (см. формулу (3))

Как показывают формулы (2) и (3) величины Е и I связаны между собой.

Пусть точечный источник "О" освещает небольшую площадку dS, расположенную на расстоянии R от источника (рис.2).

П остроим телесный угол, вершина которого лежит в т. О и который опирается на края площадки dS. Величина этого угла dω=dS/R².

Поток, посылаемый нашим источником через этот телесный угол, обозначим через dФ. Тогда сила света

(4)

Освещенность

(5)

Из формулы (4) следует, что

.

Подставим это значение dФ в формулу (5), тогда

, (6)

то есть освещенность площадки при перпендикулярном падении лучей равна силе света, деленной на квадрат расстояния до точечного источника.

Сравнивая освещенности площадок, расположенных на разных расстояниях от точечного источника, найдем

; — или, разделив первое на второе,

(7)

то есть освещенность обратно пропорциональна квадрату расстояния от площадки до точечного источника. Это так называемый закон обратных квадратов.

Е сли бы площадка dS была расположена не перпендикулярно к оси потока, а повернута на угол α (рис.3), то она имела бы размеры

dS=dSo /cosα , (8)

где dSo-площадка, пересекающая тот же телесный угол перпендикулярно к оси пучка, так что

(9)

Мы предполагаем площадки dS и dS_o настолько малыми и столь удаленными от источника, что для всех точек этих площадок расстояние до источника может считаться одинаковым (R) и лучи во всех точках составляют с перпендикуляром к площадке dS один и тот же угол α (угол падения).

В таком случае освещенность площадки dS есть

или (10).

Итак, освещенность, создаваемая точечным источником на некоторой площадке, равна силе света, умноженной на косинус угла падения света на площадку и деленной на квадрат расстояния до источника. Это II закон освещенности.

Проверить законы освещенности можно при помощи фотоэлемента. Использование фотоэлемента основано на том, что сила фототока (J), даваемая фотоэлементом в цепи гальванометра, прямо пропорциональна освещенности Е на светочувствительной поверхности фотоэлемента.

J_ф-т ~E

Но согласно формуле (6) Е ~ I/R²

Если две величины порознь пропорциональны третьей, то они пропор­циональны между собой, то есть

J_ф-т ~ I/R² (11)

Если экспериментально будет установлена справедливость (11),то тем самым будет установлена достоверность закона обратных квадратов (7).