Файл: Методические указания для студентов двухсеместрового курса физики, очной и заочной формы обучения.pdf

5. На толстую стеклянную (
пленкой (n пл
=1,4), падает нормально параллельный пучок монохроматического света (λ=0,6 мкм). Отраженный интерференции. Определить
1. Интерференция в тонких пленках. Полосы равной толщины. Кольца
Ньютона.
2. Два параллельных световых пучка, отстоящих друг от друга на расстоянии падают на кварцевую призму (
преломляющим углом оптическую разность хода этих пучков на выходе их из призмы.
3. В опыте с зеркала между мнимыми изображениями источника света равно 0,5 мм, расстояние от них до экрана
Определить ширину полос
4. На установке для отраженном свете радиус между плоскопараллельной пластиной и линзой заполнили жидкостью, то тот же радиус стало иметь кольцо показатель преломления n

5. Какую наименьшую материала с показателем светом, перпендикулярным свете красной (λ=750 нм)?
№ 5.1
№ 5.12 а. Изучение
Вопросы и задания для получения допуска к выполнению лабораторн
1. Дифракция. Определение.
2. Принцип Гюйгенса. Принцип Гюйгенса различие принципов Гюйгенса и Гюйгенса
3. Метод зон Френеля.
4. Дифракция Френеля на отверстии и на препятствии.
5. Дифракция Фраунгофера на одной щели и на дифракционной решетке.
6. Период дифракционной решетки.
7. Условие минимума и максимума для д
8. График распределения интенсивности света на экране.
30
На толстую стеклянную (n ст
=1,5) пластинку, покрытую
), падает нормально параллельный пучок монохроматического
). Отраженный свет максимально ослаблен
Определить минимальную толщину d пленки.
Вариант 5
Интерференция в тонких пленках. Полосы равной толщины. Кольца
. Два параллельных световых пучка, отстоящих друг от друга на расстоянии d=5 см, падают на кварцевую призму (n=1,49) с преломляющим углом
25



Определите разность хода этих пучков на выходе их
В опыте с зеркалами Френеля расстояние мыми изображениями источника света
, расстояние от них до экрана равно 3 м. Длина волны 0,6
полос интерференции на экране.
На установке для наблюдения колец Ньютона был третьего темного кольца (k=3). Когда пространство между плоскопараллельной пластиной и линзой заполнили жидкостью, то тот кольцо с номером, на единицу большим. Определить жидкости. наименьшую толщину должна иметь пластинка,
преломления n=1,5, чтобы при ее освещении светом, перпендикулярным поверхности пластинки, она казалась
)?
Лабораторные работы
№ 5.12. Изучение дифракции света
. Изучение дифракции лазерного излучения
Вопросы и задания для получения допуска к выполнению лабораторн работ №5.12, №5.12 а
Дифракция. Определение.
Принцип Гюйгенса. Принцип Гюйгенса-Френеля. В чем различие принципов Гюйгенса и Гюйгенса-Френеля.
Метод зон Френеля.
Дифракция Френеля на отверстии и на препятствии.
Дифракция Фраунгофера на одной щели и на дифракционной решетке.
Период дифракционной решетки.
Условие минимума и максимума для дифракционной решетки.
График распределения интенсивности света на экране.
) пластинку, покрытую очень тонкой
), падает нормально параллельный пучок монохроматического максимально ослаблен вследствие пленки.
Интерференция в тонких пленках. Полосы равной толщины. Кольца
. Длина волны 0,6 мкм. наблюдения колец Ньютона был измерен в
). Когда пространство между плоскопараллельной пластиной и линзой заполнили жидкостью, то тот единицу большим. Определить пластинка, сделанная из освещении белым казалась в отраженном лазерного излучения
Вопросы и задания для получения допуска к выполнению лабораторных
Френеля. В чем заключается
Дифракция Фраунгофера на одной щели и на дифракционной решетке. ифракционной решетки.
График распределения интенсивности света на экране.

31 9. Расчетные формулы, использующиеся при проведении вычислений в лабораторной работе, величины в них входящие, их размерность.
10. Схема установки. Ход работы.
Теоретический минимум для отчета лабораторных работ №5.12, №5.12 а
1. Явление дифракции света.
2. Принцип Гюйгенса-Френеля.
3. Метод зон Френеля.
4. Дифракция Френеля от круглого отверстия и диска.
5. Дифракция Фраунгофера на щели.
6. Дифракционная решетка.
Контрольные задания для отчета лабораторных работ №5.12, №5.12 а
Вариант 1 1. Явление дифракции света. Принцип Гюйгенса- Френеля.
2. Радиус четвертой зоны Френеля для плоского волнового фронта равен
3 мм. Определить радиус шестой зоны Френеля.
3. В центре дифракционной картины за круглым диском С в точке В, на экране наблюдается:
1) всегда максимум интенсивности;
2) всегда минимум интенсивности;
3) максимум, если на диске укладывается нечетное число зон Френеля;
4) минимум, если на диске укладывается четное число зон Френеля.
4. Ширина центрального дифракционного максимума на экране, удаленного от щели на L=1 м, равна

????=1 см. Определите число длин волн, укладываемых на ширине щели.
5. Для того чтобы, дифракционная решетка с периодом d=20 мкм могла разрешить дублет натрия (λ
1
=589,0 нм и λ
2

=589,6 нм) в спектре второго порядка, чему должна быть равной ее наименьшая длина?
Вариант 2 1. Метод зон Френеля.
2. Плоская световая волна с длиной волны λ=600 нм падает по нормали на экран с круглым отверстием. Определить диаметр отверстия, при котором в точке Р, лежащей на оси светового пучка на расстоянии b=2 м от экрана, будет наблюдаться максимальная освещенность.
3. В центре дифракционной картины от круглого отверстия наблюдается светлое пятно, если число зон Френеля, укладывающихся в отверстии, равно

32 1) 1 2) 2 3) 3 4) 4 4. На узкую щель падает нормально монохроматический свет с длинной волны λ. Если угол отклонения света, соответствующий третьей световой дифракционной полосе, равен 30
о

, то чему равна ширина щели?
5. Определите длину дифракционной решетки, имеющей 50 штрихов на
1 мм, чтобы она могла разрешить две линии натрия λ
1
=580 нм и λ
2
=589,6 нм в спектре второго порядка.
Вариант 3 1. Дифракция Френеля от круглого отверстия.
2. На экран, имеющий круглое отверстие, падает сферическая волна.
Радиус отверстия совпадает с радиусом центральной зоны Френеля для точки А на оси отверстия. Как изменится интенсивность света в точке А, если экран убрать?
3. В центре дифракционной картины от круглого отверстия наблюдается темное пятно, если число зон Френеля, укладывающихся в отверстии, равно
1) 1 2) 2 3) 3 4) 4 4. На щель шириной 0,021 мм падает нормально монохроматический свет с длиной волны 0,63 мкм. Сколько дифракционных минимумов можно наблюдать на экране за этой щелью?
5. Дифракционная решетка освещена нормально падающим монохроматическим светом. Максимум второго порядка наблюдается под углом 14°. Под каким углом наблюдается максимум третьего порядка?
Вариант 4 1. Дифракция Френеля от круглого диска.
2. Дифракционная картина наблюдается на расстоянии L от точечного источника монохроматического света с длиной волны λ=600 нм. На расстоянии a=0,5L от источника помещена круглая непрозрачная преграда диаметром
D=0,6 см.
3. Найдите расстояние L, если преграда закрывает для точки наблюдения только центральную зону Френеля.
В центре дифракционной картины от круглого отверстия наблюдается темное пятно, если число зон Френеля, укладывающихся в отверстии, равно
1) 1 2) 2 3) 3 4) 4 4. Ширина щели, освещаемой монохроматическим светом с длиной волны λ=0,45 мкм, равна 0,15 мм. С помощью линзы дифракционная картина наблюдается на экране в ее фокальной плоскости. Определить расстояние между минимумами первого порядка, если оптическая сила линзы
D=5 дптр.

33 5. В спектре, даваемом дифракционной решеткой с d=2300 нм, видны при
500 нм


только два максимума (кроме центрального). Определите ширину щелей в этой решетке.
Вариант 5 1. Дифракция Фраунгофера на щели.
2. На круглое отверстие d=0,4 см падает нормально параллельный пучок света с λ=500 нм. Точка наблюдения находится на оси отверстия на расстоянии

1 м от него. Темное или светлое пятно будет в центре дифракционной картины, если в точке наблюдения поместить экран?
3. За круглым отверстием в точке В, на экране наблюдается
1) всегда максимум интенсивности;
2) всегда минимум интенсивности;
3) максимум, если на диске укладывается нечетное число зон Френеля;
4) минимум, если на диске укладывается четное число зон Френеля.
4. На щель шириной 20 мкм падает нормально параллельный пучок монохроматического света с длиной волны 500 нм. Найти ширину изображения щели на экране, удаленном от щели на 1 м.
5. На дифракционной решетке с периодом d=9 мкм и шириной щели b=3 мкм не наблюдается максимум m-го порядка. Определить порядок этого максимума m.
Лабораторная работа
№ 5.13. Исследование фотоэлемента
Вопросы и задания для получения допуска к выполнению лабораторной работы №5.13 1. Фотоэффект. Определение.
2. Виды фотоэффекта.
3. Законы Столетова для внешнего фотоэффекта.
4. ВАХ внешнего фотоэффекта.
5. Несостоятельность волновой теории для объяснения фотоэффекта.
6. Гипотеза Планка.
7. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.
8. Работа выхода. Физический смысл работы выхода.
9. График зависимости кинетической энергии фотона от частоты.
10. Красная граница фотоэффекта.
11. Условия возникновения многофотонного эффекта.
12. Интегральная чувствительность фотоэлемента.
13. Световой поток. Квантовый выход.

34 14. Расчетные формулы, использующиеся при проведении вычислений в лабораторной работе, величины в них входящие, их размерность.
15. Схема установки. Ход работы.
Теоретический минимум для отчета лабораторной работы №5.13 1. Фотоэффект. Виды фотоэффекта
2. Законы внешнего фотоэффекта. Вольтамперная характеристика внешнего фотоэффекта и ее объяснение.
3. Несостоятельность волновой теории в объяснении законов внешнего фотоэффекта. Квантовая теория фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна.
4. Красная граница фотоэффекта.
5. Фотоэлементы, их характеристики. Применение фотоэлементов.
Контрольные задания для отчета лабораторной работы №5.13
Вариант 1 1. Два фотокатода освещаются одним и тем же источником света.
По виду вольт-амперных характеристик сравните работы выхода электронов из металлов
1) А
1
=А
2 2) А
1
>А
2 3) А
1
<А

2 2. Как изменится кинетическая энергия фотоэлектронов при увеличении светового потока в 2 раза?
3. Изобразить зависимость максимальной кинетической энергии фотоэлектронов от частоты света. Работа выхода электрона из металла равна А.
4. Если работа по полному торможению фотоэлектронов электрическим полем равна работе выхода А, то какова частота квантов, вызывающих фотоэффект?
5. Фототок прекращается при задерживающей разности потенциалов

U=1 В. Чему равна скорость фотоэлектронов?
Вариант 2 1. Катод освещают светом, одинаковой частоты.
По виду вольтамперных характеристик сравните освещённости катода
1) Е
1
= Е
2 2) Е
1
> Е
2 3) Е
1
< Е

2 2. Как изменится запирающее напряжение, если частоту света увеличить в 2 раза?
3. Определить длину волны красной границы фотоэффекта для цезия (работа выхода А=1,9 эВ).

35 4. При освещении катода фотоэлемента монохроматической световой волной в его цепи течет ток насыщения Iн. Изобразить зависимость этого тока от концентрации n фотонов в волне.
5. Определить максимальную скорость фотоэлектронов, вылетающих из меди (Авых=4,5 эВ) под действием
 -излучения с длиной волны
????
=0,3 нм.
Вариант 3 1. Определить по графику красную границу ????
0
фотоэффекта для металла.

2. Как изменится максимальная скорость фотоэлектронов, если частоту света увеличить в 2 раза?
3. Фотоны с энергией Е=5 эВ вырывают фотоэлектроны из металла с работой выхода А=4,7 эВ.

Каков максимальный импульс, передаваемый поверхности этого металла при вылете электрона?
4. Два фотокатода освещаются одним и тем же источником света. По виду вольт-амперных характеристик сравните работы выхода электронов из металлов.
5.
На поверхность лития падает монохроматический свет с длиной волны
????
=310 нм.
Чтобы прекратить эмиссию электронов, нужно приложить задерживающую разность потенциалов не менее 1,7 В. Определить работу выхода.
Вариант 4 1. Оценить по графику работу выхода электрона из металла в эВ.
2.
Как с помощью вольт-амперной характеристики фотоэлемента определить число n электронов, выбиваемых светом с поверхности катода в единицу времени?
3. Определить длину волны красной границы фотоэффекта для меди (работа выхода А=4,5 эВ).
4.
Как изменится вид вольт-амперной характеристики фотоэлемента, если при неизменном спектральном составе волны увеличится в два раза ее полный световой поток?
5. До какого потенциала можно зарядить удаленный от других тел цинковый шарик, облучая его ультрафиолетовым излучением с длиной волны
????

=200 нм?
Вариант 5

1. На рисунке представлены две зависимости задерживающего напряжения падающего света для внешнего фотоэффекта. Чем отличаются условия, при которых были получены эти прямые?

Какие фундаментальные физические постоянные могут быть получены с помощью этих зависимостей?
2. Ток насыщения, протекающий через вакуумный
Фотоэлемент при его фотоэлектронов, покидающих поверхность к
3. Как изменится вид вольт если при неизменном потоке фотонов увеличится в два раза частота используемого монохроматического света?
4. При освещении вакуумного с длиной волны
????
1
=400 нм какой разности потенциалов зарядится монохроматическим светом
5. Какая доля энергии фотона израсходована на работу выхода фотоэлектрона, если красная граница фотоэффекта кинетическая энергия фотоэлектрона равна
36
На рисунке представлены две зависимости задерживающего напряжения U
3

от частоты ???? падающего света для внешнего фотоэффекта. Чем отличаются условия, при которых были получены эти прямые?
Какие фундаментальные физические постоянные могут быть получены с помощью этих
Ток насыщения, протекающий через
Фотоэлемент при его освещении светом, I
н
=0,5 нА. Определить число фотоэлектронов, покидающих поверхность катода в единицу времени.
Как изменится вид вольт-амперной характеристики фотоэлемента, если при неизменном потоке фотонов увеличится в два раза частота используемого монохроматического света? вакуумного фотоэлемента монохроматическим нм он заряжается до разности потенциалов разности потенциалов зарядится фотоэлемент при светом с длиной волны
????
2

= 300 нм?
. Какая доля энергии фотона израсходована на работу выхода фотоэлектрона, если красная граница фотоэффекта
????
0

=307 нм кинетическая энергия фотоэлектрона равна 1 эВ?
. Определить число N атода в единицу времени. амперной характеристики фотоэлемента, если при неизменном потоке фотонов увеличится в два раза частота монохроматическим светом потенциалов U
1
=2 В. До освещении его
. Какая доля энергии фотона израсходована на работу выхода нм и максимальная