ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 25.01.2021
Просмотров: 1058
Скачиваний: 1
16
При
вращении
барабана
призма
поворачивается
и
на
экране
происхо
-
дит
смещение
сплошного
спектра
излучения
в
горизонтальном
направлении
.
Объектив
выходной
зрительной
трубы
монохроматора
собирает
пучки
света
в
своей
фокальной
плоскости
на
экране
MN
отдельно
для
каж
-
дой
длины
волны
.
Источник
высокого
напряжения
,
питающий
фотоэлемент
ФЭ
,
вмон
-
тирован
в
корпус
монохроматора
и
включается
одновременно
с
осветите
-
лем
S
тумблером
на
корпусе
монохроматора
.
Вакуумный
фотоэлемент
ФЭ
состоит
из
круглой
стеклянной
колбы
и
двух
электродов
с
выводами
,
на
которые
подается
постоянное
напряжение
U = 600 B.
Для
безопасности
ФЭ
помещен
в
прозрачный
изолирующий
кор
-
пус
.
При
работе
для
защиты
от
постороннего
света
ФЭ
закрывается
специаль
-
ным
кожухом
,
на
котором
находится
белый
экран
с
узкой
щелью
S
2
в
центре
.
Узкий
пучок
света
(
∆
l
~ 200
Å
)
через
эту
щель
попадает
на
фоточув
-
ствительный
металлический
электрод
,
содержащий
цезий
,
и
выбивает
электроны
.
Возникающий
при
этом
фототок
i
регистрируется
микроам
-
перметром
.
Выполнение
работы
1
.
Определение
красной
границы
внешнего
фотоэффекта
Для
получения
на
экране
сплошного
спектра
излучения
необходимо
включить
шнур
питания
в
сеть
,
а
затем
тумблер
на
корпусе
монохромато
-
ра
.
Вращая
барабан
монохроматора
Б
,
следует
переместить
спектр
(
за
счет
поворота
призмы
Р
)
так
,
чтобы
щель
S
2
находила
c
ь
в
самой
узкой
желтой
части
спектра
.
По
градуировочному
графику
,
прилагаемому
к
работе
,
ус
-
тановить
указатель
барабана
У
на
угол
φ
,
соответствующий
желтой
полосе
спектра
.
Затем
,
переместив
спектр
так
,
чтобы
щель
S
2
была
в
коротковол
-
новой
,
фиолетовой
части
спектра
,
перемещают
спектр
с
шагом
100–200
°
и
снимают
показания
микроам
-
перметра
до
тех
пор
,
пока
на
-
блюдается
фотоэффект
.
На
миллиметровой
бу
-
маге
строится
зависимость
фототока
i
от
длины
волны
света
l
,
по
которой
определя
-
ется
значение
красной
грани
-
цы
фотоэффекта
l
кр
,
как
пока
-
зано
на
рис
. 5.
Для
перевода
делений
барабана
в
длины
волн
,
выра
-
женные
в
ангстремах
,
следует
пользоваться
градуировочным
графиком
.
i,
mkA
l
, A
l
кр
Рис
. 5
17
2.
Вычисление
работы
выхода
электронов
Зная
длину
волны
l
кр
красной
границы
фотоэффекта
по
формулам
(3),
рассчитать
работу
выхода
А
данного
фотоэлемента
.
В
атомной
физике
единицу
работы
и
энергии
принято
выражать
в
электронвольтах
(
эВ
).
Один
электронвольт
равен
работе
,
совершенной
при
перемещении
заряда
,
равного
заряду
электрона
,
между
двумя
точками
электрического
поля
с
разностью
потенциалов
,
равной
одному
вольту
:
1
эВ
= 1,6 ·10
–19
Дж
.
Результат
следует
сравнить
с
табличными
данными
.
Контрольные
вопросы
и
задания
1.
В
чем
заключается
явление
фотоэффекта
?
2.
Какие
свойства
–
волновые
или
квантовые
–
обнаруживает
свет
в
явлении
фотоэффекта
?
3.
Что
такое
работа
выхода
электрона
?
4.
Сформулируйте
законы
внешнего
фотоэффекта
и
объясните
вто
-
рой
и
третий
из
них
на
основе
квантовой
теории
света
.
5.
Определите
красную
границу
фотоэффекта
.
РАБОТА
№
3 (5)
ИЗУЧЕНИЕ
ЯВЛЕНИЯ
ВРАЩЕНИЯ
ПЛОСКОСТИ
КОЛЕБАНИЙ
ПЛОСКОПОЛЯРИЗОВАННОГО
СВЕТА
Краткая
теория
1.
Естественный
и
поляризованный
свет
Свет
представляет
собой
сложное
явление
(
как
иногда
говорят
,
имеет
двойственную
природу
) –
в
одних
случаях
он
проявляет
себя
как
волновой
процесс
,
в
других
–
как
поток
световых
частиц
–
фотонов
.
Другими
словами
,
свет
–
это
электромагнитные
волны
,
обладающие
некоторыми
свойствами
частиц
.
Распространение
света
в
пространстве
при
таких
,
например
,
явлени
-
ях
,
как
интерференция
,
дифракция
,
поляризация
,
правильно
описываются
лассической
теорией
электромагнетизма
.
При
испускании
,
поглощении
,
рассеянии
света
в
первую
очередь
проявляются
корпускулярные
свойства
фотонов
.
Если
волновая
и
корпус
-
кулярная
гипотезы
противоречат
одна
другой
,
то
волновая
и
квантовая
теории
света
не
отвергают
,
а
дополняют
друг
друга
.
В
настоящее
время
показано
,
что
такую
двойственную
природу
имеют
все
элементарные
частицы
(
электроны
,
протоны
,
нейтроны
),
из
ко
-
торых
состоит
вещество
.
Свет
,
излучаемый
отдельным
атомом
,
представляет
собой
электро
-
магнитную
волну
:
совокупность
двух
поперечных
взаимно
перпенди
-
18
кулярных
колебаний
вектора
на
-
пряженности
Е
®
электрического
поля
и
колебаний
вектора
магнит
-
ной
индукции
B
магнитного
поля
,
распространяющихся
вдоль
общей
прямой
–
направления
вектора
скорости
u
светового
луча
(
рис
. 1).
Здесь
l
–
длина
электромагнитной
волны
светового
луча
.
Оба
вектора
E
и
B
колеблются
в
одинаковой
фазе
.
Вектор
скорости
распространения
электромагнитной
волны
всегда
пер
-
пендикулярен
векторам
E
и
B
:
E
^
B
^
u
.
Электромагнитные
волны
,
излучаемые
светящимися
телами
,
являют
-
ся
результирующими
тех
отдельных
волн
,
которые
испускаются
его
ато
-
мами
.
Вследствие
того
что
атомы
беспрерывно
изменяют
свою
простран
-
ственную
ориентацию
,
изменяется
с
большой
частотой
и
направление
ко
-
лебания
вектора
Е
®
(
а
значит
,
и
Е
®
)
результирующей
световой
волны
.
В
дальнейшем
при
рассмотре
-
нии
явления
поляризации
света
все
рассуждения
будут
идти
относи
-
тельно
вектора
напряженности
Е
®
,
но
при
этом
следует
помнить
об
обязательном
существовании
пер
-
пендикулярного
ему
вектора
с
,
т
.
к
.
электромагнитная
волна
,
в
которой
колеблется
лишь
один
из
этих
век
-
торов
,
невозможна
.
Представим
,
что
свет
распространяется
от
источника
в
направлении
к
читателю
.
Тогда
мгновенная
«
фотография
»
расположения
элементарных
векторов
Е
®
от
каждого
излучающего
атома
будет
подобна
схеме
,
изобра
-
женной
на
рис
. 2
а
.
Равномерное
расположение
векторов
Е
®
обусловлено
большим
чис
-
лом
атомарных
излучателей
.
Такой
свет
называется
естественным
,
или
не
-
поляризованным
.
Векторы
Е
®
имеют
различные
ориентации
плоскости
ко
-
лебаний
,
причем
все
ориентации
равновероятны
.
Если
под
влиянием
внешних
воздействий
или
внутренних
особенностей
источника
света
появляется
предпочтительное
,
наиболее
вероятное
направле
-
ние
колебаний
,
то
такой
свет
называется
частично
поляризованным
(
рис
. 2
б
).
Рис
. 1
19
С
помощью
специальных
устройств
из
пучка
естественного
света
можно
выделить
луч
,
в
котором
колебания
вектора
Е
®
будут
происхо
-
дить
в
одном
определенном
направлении
в
плоскости
,
перпендикуляр
-
ной
лучу
(
рис
. 2
в
).
Такой
луч
называется
плоскополяризованным
или
линейно
-
поляризованным
.
Очевидно
,
что
свет
,
излучаемый
отдельным
атомом
,
является
полностью
поляризованным
(
во
всяком
случае
,
в
те
-
чение
всего
периода
излучения
этого
атома
).
Плоскость
,
в
которой
происходят
колебания
вектора
напряженности
Е
®
электрического
поля
,
называется
плоскостью
колебаний
.
Плоскость
,
в
которой
колеблется
вектор
индукции
магнитного
поля
В
®
,
называется
плоскостью
поляризации
.
Следовательно
,
плоскость
коле
-
баний
перпендикулярна
плоскости
поляризации
.
Практически
неполяризованным
светом
можно
считать
дневной
свет
.
Искусственные
источники
света
,
как
правило
,
дают
частично
поляризо
-
ванный
свет
.
Вольфрамовая
нить
электрической
лампочки
излучает
свет
,
поляризованный
до
15–20 %,
ртутная
лампа
–
до
5–8 %,
люминесцентные
лампы
испускают
сильно
поляризованный
свет
.
Естественный
свет
можно
поляризовать
,
т
.
е
.
превратить
его
в
поля
-
ризованный
свет
.
Для
этого
надо
создать
такие
условия
,
при
которых
коле
-
бания
вектора
напряженности
Е
®
электрического
поля
могли
бы
совер
-
шаться
только
вдоль
одного
определенного
направления
.
Подобные
усло
-
вия
могут
,
например
,
создаваться
при
прохождении
естественного
света
сквозь
среду
,
анизотропную
в
отношении
электрических
колебаний
.
Как
известно
,
такая
анизотропия
свойственна
кристаллам
.
На
рис
. 3
показано
,
как
при
попадании
естественного
света
на
поляризатор
П
из
по
-
следнего
выходит
поляризованный
луч
.
Чтобы
убедиться
в
том
,
что
полу
-
ченный
луч
поляризован
,
и
выяснить
направление
поляризации
,
поставим
на
его
пути
дальше
вторую
такую
же
поляризующую
пластинку
А
,
назы
-
ваемую
в
этом
случае
анализатором
.
Если
оптические
оси
ОО
1
поляриза
-
тора
и
анализатора
параллельны
друг
другу
,
то
поляризованный
свет
прой
-
дет
через
анализатор
,
почти
не
снижая
своей
интенсивности
.
Если
же
оп
-
тические
оси
поляризатора
и
анализатора
перпендикулярны
,
то
анализатор
полностью
погасит
падающий
на
него
поляризованный
луч
.
В
этом
случае
говорят
,
что
поляризатор
и
анализатор
скрещены
.
В
промежуточных
по
-
ложениях
интенсивность
света
,
прошедшего
через
систему
,
будет
зависеть
от
ориентации
анализатора
относительно
поляризатора
и
определяется
за
-
коном
Малюса
:
2
0
cos
φ
J
J
=
, (1)
где
j
–
угол
между
оптическими
осями
поляризатора
и
анализатора
,
J
0
–
интенсивность
плоскополяризованного
света
,
падающего
на
анализатор
,
J
–
интенсивность
света
,
прошедшего
анализатор
.
20
Понятно
,
что
обе
пластинки
совершенно
одинаковы
(
их
можно
менять
местами
);
данные
названия
характеризуют
лишь
назначение
пластинок
.
2.
Оптическая
активность
Некоторые
вещества
,
называемые
оптически
активными
,
обладают
способностью
вызывать
вращение
плоскости
колебаний
(
а
значит
,
и
плос
-
кости
поляризации
)
проходящего
через
них
плоскополяризованного
света
.
При
повороте
плоскости
колебаний
по
часовой
стрелке
,
если
смотреть
на
-
встречу
лучу
,
вещество
называют
правовращающим
,
при
повороте
против
часовой
стрелки
–
левовращающим
.
К
оптически
активным
веществам
относится
ряд
твердых
тел
(
кварц
,
сахар
и
др
.)
и
многие
жидкости
(
скипидар
,
водный
раствор
сахара
,
углево
-
ды
,
эфирные
масла
и
др
.).
Многие
оптически
активные
вещества
сущест
-
вуют
в
двух
разновидностях
–
правовращающей
и
левовращающей
.
Это
явление
вращения
плоскости
колебаний
в
основном
обусловлено
наличием
определенной
асимметрии
в
строении
отдельных
молекул
среды
,
и
угол
поворота
φ
прямо
пропорционален
числу
этих
молекул
на
пути
луча
.
В
кристаллах
,
например
в
кварце
,
оптическая
активность
обусловлена
осо
-
бенностями
строения
самого
кристалла
,
а
не
составляющих
его
молекул
.
Так
,
в
природе
встречаются
кристаллы
кварца
в
двух
модификациях
–
пра
-
вые
и
левые
кристаллы
,
являющиеся
зеркальными
изображениями
один
другого
.
Пластинки
,
вырезанные
из
одного
из
этих
кристаллов
,
вращают
плоскость
колебаний
вправо
,
а
пластинки
,
вырезанные
из
другого
,
дают
такое
же
вращение
влево
.
Для
четкого
наблюдения
этого
явления
плоско
-
поляризованный
луч
должен
входить
в
кристалл
вдоль
оптической
оси
.
Для
твердых
тел
угол
поворота
φ
плоскости
колебаний
поляризован
-
ного
света
пропорционален
толщине
l
слоя
вращающего
вещества
,
сквозь
который
проходит
свет
:
φ
=
α
·
l,
(2)
где
α
–
удельное
вращение
,
которое
характеризует
вращательную
способ
-
ность
вещества
.
Для
растворов
α
равно
отношению
угла
,
на
который
поворачивается
плоскость
колебаний
поляризованного
света
,
проходящего
сквозь
слой
Рис
. 3