Определение длины световой волны с помощью дифракционной решетки.

Цель работы: Научиться определять длину световой волны с помощью дифракционной решетки.

 

Оборудование: Прибор для определения световой волны, дифракционная решетка.

Теория:

Пусть на дифракционную решетку падает пучок белого света. Вследствие дифракции прошедший через решетку свет будет распространяться по всевозможным направлениям. Для каждой пары щелей будет иметь место следующее.

В точке 0 поставленного за решеткой экрана разность хода лучей любого цвета будет равна нулю, здесь будет центральный, нулевой максимум- белая полоса 0.

В точке экрана, для которой разность хода фиолетовых лучей равна длине волны этих лучей, лучи будут иметь одинаковые фазы; здесь будет максимум – фиолетовая полоса Ф.

В точке экрана, для которой разность хода красных лучей равна длине волны этих лучей, лучи будут иметь одинаковые фазы, здесь будет максимум – красная полоса К.

Между точками Ф и К распложаться максимумы всех остальных составляющих белого цвета в порядке возрастания длины волны.

Образуется непрерывная цветная полоса – действительное изображение дифракционного спектра 1-го порядка. Таким образом, дифракционную решетку мы можем использовать для исследования белого света и установления сложности его состава.

 

Из чертежа видно, что , где d – постоянная решетки.

 

Ход работы:

 

1. Вставить дифракционную решетку в рамку продольной линейки прибора.

2. Экран со шкалой установить на конце продольной линейки.

3. Перемещением экрана со шкалой по продольной линейки добиться наиболее четкого изображения на экране спектров 1-го порядка.

4. Отсчитать на шкале смещение от щели до середины красной части спектра .

5. Отсчитать на шкале смещение от щели до середины фиолетовой части спектра .

6. Измерить расстояние b от решетки экрана.

7. Из формулы принимаем ; k=1 получается значение длин волн: ; .

8. Повторить наблюдения и измерения для других расстояний между экраном и решеткой.

9. Результаты всех измерений и вычислений занести в таблицу.

 

 

№ опыта	Постоянная решетки d, мм	Расстояние от экрана до решетки b, мм	Красная часть спектра	Фиолетовая часть спектра
Смешение мм	Длина волны в мм	Погрешность	Смешение ,мм	Длина волны в мм	Погрешность

 

 

 

Контрольные вопросы:

1.Что называется дифракцией света?

2. Какие методы применяются при решении дифракционных задач?

3. Что называется дифракцией Френеля и дифракцией Фраунгофера?

4.При каком условии две близкие спектральные линии считаются «полностью разрешенными»?

 

Лабораторная работа №23.

ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ ФОТОРЕЗИСТОРА.

 

Цель работы: ознакомиться с устройством и принципом работы фоторезистора.

Оборудование: конструктор «Знаток».

Теория: Фотоэлемент - двухэлектродный электровакуумный прибор, служащий для преобразования световых сигналов в электрические. Датой его рождения можно считать 1873г, когда учёные Смит и Мейем зафиксировали изменение сопротивление селена под действием света. Это явление получило название внутреннего фотоэффекта или фотопроводимости.

Фотоэлемент состоит из стеклянного баллона с двумя электродами в нем, катодом и анодом. Электроды выводятся в виде жестких штырей в общий цоколь или разносятся в два самостоятельных цилиндрических вывода. Катод - слой металла с малой работой выхода, покрывающий часть внутренней поверхности баллона. Анодом служит проволочное кольцо (сетка, петля из тонкой проволоки), расположенное так, чтобы не мешать освещению катода. В центре баллона находится небольшое металлическое кольцо - анод фотоэлемента. Чтобы электроды фотоэлемента не окислялись, воздух из баллона выкачан и добавлено небольшое количеством химически инертного газа (гелия), повышающего также чувствительность фотоэлемента.

Рис. Принципиальная схема включения фотоэлемента в электрическую цепь. Здесь Ф – световой поток, падающий на катод фотоэлемента; R - нагрузка, Е - источник высокого постоянного напряжения (примерно 250 В).

Если к аноду и катоду подключить батарею и чувствительный электроизмерительный прибор - гальванометр, то при освещении фотоэлемента стрелка гальванометра отклонится. Значит, внутри баллона фотоэлемента течет ток. Дело в том, что свет, падая на поверхность катода, выбивает с его поверхности электроны. Анод подключен к «плюсу» батареи и поэтому электроны притягиваются к нему.
Следовательно, электроны из катода попадают на анод, во внешней цепи появляется электрический ток, заставляющий стрелку гальванометра отклониться. Инертный газ в баллоне увеличивает ток, т. к. электроны, летящие от катода к аноду, сталкиваются с атомами газа и выбивают из них новые электроны, которые также летят к аноду. Образовавшиеся положительные ионы летят к катоду. В результате общий заряд, проходящий между анодом и катодом, получается больше, чем в вакууме.

Изменяя освещенность фотоэлемента, можно регулировать силу тока. Чем сильнее освещен катод, тем больше электронов вырывается из него и тем больше будет сила тока во внешней цепи. Ток через фотоэлемент при сильной освещенности катода и высоком напряжении на аноде составляет сотни микроампер. В последнее время вместо вакуумных фотоэлементов используются полупроводниковые приборы, например, фотодиоды, фототранзисторы, фоторезисторы и др.

Полупроводниковый фотодиод имеет небольшие размеры, по сравнению с хрупким стеклянным баллоном фотоэлемента. Конструкция фотодиода мало чем отличается от полупроводникового диода: p-n-переход между двумя полупроводниковыми кристаллами с разной электрической проводимостью. При освещении фотодиода один его электрод заряжается положительно, а другой - отрицательно. Если к электродам, соединенным с кристаллами подключить нагрузку, например резистор, то через него потечет постоянный ток. Следовательно, в фотодиоде световая энергия непосредственно превращается в электрическую. При освещении светом рабочей (светочувствительной) поверхности фоторезистора, его сопротивление уменьшается во много раз.

Фотоаппаратура, автоматы регулировки уличного освещения, охранные и противопожарные системы, солнечные батареи также содержит фотоэлементы.

Фоторезистор – полупроводниковый элемент, сопротивление которого зависит от уровня освещённости. Под действием света сопротивление фоторезистора уменьшается в тысячи раз, в лабораторной работе – от 20 Мом до 250 Ом.

Фоторезисторы при неизменном световом потоке имеют линейную ВАХ, а при изменяющейся освещённости – нелинейную.

Внешний вид и условное обозначение фоторезистора:

Ход работы:

1. Соблюдая полярность, соберите схему 1

2. Замкните выключатель.

3. Заслоните фоторезистор от света. Объясните увиденное. Где может применяться данная схема?

4. Поменяйте местами резистор 100 кОм и фоторезистор. Объясните увиденное.

5. Соблюдая полярность, соберите схему 2а

6. Регулируя реостат, добейтесь, чтобы стрелка гальванометра отклонилась на максимальное значение, но не более отметки 10.

7. Закройте фоторезистор рукой. Закрывая и открывая фоторезистор, наблюдайте за показаниями гальванометра. Сделайте вывод о зависимости сопротивления и силы тока в цепи от освещённости.

8. Отрегулируйте реостат так, чтобы стрелка гальванометра находилась на одном из делений в первой половине шкалы. Учитывая диапазон измерения гальванометра 300 мкА, рассчитайте цену деления и запишите показания в таблицу.

№	U(В)	I(А)	R(Ом)

 

9. Разомкните выключатель и подключите ещё одну батарею (схема 2б).

10. Замкните выключатель. Занесите в таблицу новые показания гальванометра.

11. Определите значения напряжения в схемах 2а и 2б и занесите в таблицу.

12. Пользуясь законом Ома для участка цепи R = U/I рассчитайте значение сопротивления фоторезистора с учётом погрешностей.

13. Сделайте вывод о том, выполняется ли для фоторезистора закон Ома.

14. Разомкните ключ. Поменяйте полярность фоторезистора. Сделайте вывод о зависимости сопротивление фоторезистора и силы тока от полярности прикладываемого напряжения.

Контрольные вопросы:

1. Опишите работу и устройство лампового и полупроводникового фотоэлемента.

2. Зачем слой полупроводника в виде волны покрывают лаком?

3. Какова область применения фоторезисторов? Можно ли их использовать в турникетах в метро? на бензоколонках для контроля уровня жидкости?

4. Каковы достоинства и недостатки этих приборов?

Лабораторная работа №24.

ИЗМЕРЕНИЕ РАДИОАКТИВНОСТИ В ПОМЕЩЕНИИ И КОЛИЧЕСТВА РАДИОАКТИВНЫХ РАСПАДОВ В ТЕЛЕ ЧЕЛОВЕКА.

 

Цель работы: ознакомиться с устройством и принципом работы бытового дозиметра.