Методические указания а. Д. Рожковский (стр. 9 из 20)
Фаза волны достигшей определенной точки экрана, расположенного на расстоянии L от щелей будет зависеть от пройденного пути. Условием, что обе волны в данной точке будут иметь одинаковую фазу, является то, что разность хода между двумя волнами составит целое число длин волн: ΔL = L2 - L1 = nλ, где n = 0, 1, 2, 3 ... В этом случае произойдет конструктивная суперпозиция волн с усилением интенсивности света падающего на экран. На экране это будет соответствовать светлым участкам.
При ΔL = L2 - L1 = λ(2n+1)/2, где n = 0, 1, 2, 3 ..., волны будут находиться в противофазе, и на экране эти области окажутся неосвещенными.
Лабораторная работа № 5. Порядок выполнения работы.
Задание 1. Условия возникновения дифракции и интерференции.
Ознакомьтесь с теоретической частью работы.
На анимированных иллюстрациях (теоретическая часть, рис. 1.1. и 1.2.) пронаблюдайте дифракцию волн. В чем проявляется в данном случае отличие волнового движения от движения материальных тел? Свет - это электромагнитные волны, и для него, так же характерно явление дифракции. Используя иллюстрацию 1.2., ответьте: почему уменьшая отверстие, через которое проходит свет нельзя сделать пучок света очень узким? Используя анимированные иллюстрации 1.3. и 1.4., ознакомьтесь с условиями возникновения интерференции волн. Почему для возникновения интерференции необходимо два источника когерентных волн. Почему, когда свет проходит только через одну из щелей, на экране не возникает темных и светлых полос (иллюстрация 1.4. теоретической части)?
C:\www\doc2html\work\bestreferat-411759-14098678075836\content_t.html
Задание 2. Зависимость интерференционной картины от длины волны и условий наблюдения.
Откройте рабочее окно.
А) Используя левый движок, проследите, как меняется расстояние между максимумами интерференционной картины при изменении длины волны. Задавая различную величину длины волны (3-4 значения) найдите для каждого значения расстояние между максимумами интерференционной картины. По расстоянию между максимумами интерференции, используя формулу в теоретической части, рассчитайте длину волны. Составьте таблицу:
| № | λ (заданное) | h (мм) | λ (рассчитанное) |
| 1 | |||
| 2 | |||
| 3 | |||
| 4 |
Сделайте вывод.
Для определения расстояния h между максимумами интерференционной картины используйте перемещаемую линейку. Поместите линейку над максимумами интерференционной картины и увеличьте изображение правой кнопкой мыши. Определите расстояние между серединой центрального максимума и серединой крайнего бокового максимума, рассчитайте значение h.
Б) Меняя расстояние между экраном и щелями, а также ширину щелей, проследите, как меняется интерференционная картина. Сделайте вывод.
В) Уменьшите расстояние между щелями до минимального значения. Так как это расстояние меньше ширины щелей, они сольются в одну щель. Почему наблюдается только один максимум? Какое это явление - интерференция или дифракция? Меняя длину волны и ширину щелей пронаблюдайте, как меняется наблюдаемая картина. Сделайте вывод.
Задание 3. Тест.
Закройте рабочее окно и откройте окно теста. Нажмите кнопку Тест. Используя перемещаемую линейку определите расстояние h между максимумами интерференционной картины. Рассчитайте длину волны в нанометрах, и подставьте найденное значение в левое окно. Нажмите кнопку Проверить. Если значение длины волны рассчитано правильно, то появиться надпись Правильно!!! Покажите ее преподавателю. Если значение длины волны рассчитано не верно, повторите измерения и рассчитайте ее заново. После трех попыток Вам придется снова нажать кнопку Тест и проводить измерения и расчеты для другого заданного значения длины волны.
Лабораторная работа № 5. Форма отчета.
Общие требования к оформлению.
Работа выполняется на листах бумаги формата A4, или на двойных тетрадных листах.
В заголовке указываются:
Фамилия и инициалы студента, № группы
НАЗВАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ
Каждое задание лабораторной работы оформляется как ее раздел и должно иметь заголовок. В отчете по каждому заданию, должны быть даны ответы на все вопросы и, если это указано, сделаны выводы и приведены необходимые рисунки. Результаты тестовых заданий обязательно должны быть показаны преподавателю. В заданиях, включающих в себя измерения и расчеты, должны быть приведены данные измерений и данные проведенных расчетов.
Задание 1. Условия возникновения дифракции и интерференции.
Ответы на вопросы.
Задание 2. Зависимость интерференционной картины от длины волны и условий наблюдения.
А) Таблица:
| № | λ (заданное) | h (мм) | λ (рассчитанное) |
| 1 | |||
| 2 | |||
| 3 | |||
| 4 |
Расчеты длины волны по расстоянию между максимумами интерференционной картины. Выводы.
Б) Зависимость интерференционной картины от расстояния между экраном и щелями и от размера щелей. Выводы.
В) Ответы на вопросы. Выводы.
Задание 3. Тест.
Результаты измерений. Расчет длины волны.
Контрольные вопросы для проверки усвоения темы лабораторной работы:
1. Дайте определение дифракции и интерференции и приведите примеры.
2. Являются ли эти явления специфическими характеристиками волнового движения?
3. Почему главный (центральный) максимум для всех длин волн совпадает, а расположение боковых максимумов зависит от длины волны?
4. Белый свет состоит из волн разной длинны, каждой из которых соответствует свой цвет. Появятся ли при интерференции белого света на экране цветные полосы, и какого цвета будет главный максимум?
5. Явление интерференции было открыто у электронных, атомных и молекулярных пучков. Означает ли это, что микрочастицам присущи волновые свойства?
6. Можно ли по интерференционной картине пучка электронов определить их длину волны?
7. Можно ли в этом случае рассматривать электрон как частицу, находящуюся в определенной точке пространства?
Лабораторная работа № 6. ОПИСАНИЕ
Фотоэффект.
C:\www\doc2html\work\content\models\fotoef.htmlРабочее окноВид рабочего окна приведен на Рис. 3.1. В рабочем окне приведена модель фотоэффекта. В нижней части окна расположены кнопки теста. В левом окне над кнопками фиксируется число попыток, а в правом вводятся рассчитанные параметры. В верхнем положении переключателя это работа выхода, а в нижнем - масса фотона. Справа вверху расположен переключатель интенсивности света, а под ним движок для изменения длины волны. Под движком - окно, в котором выводится значения дины волны. При нажатии на кнопку Тест случайным образом задается длина волны, при которой будет наблюдаться фотоэффект.
Рисунок 3.1.
Передвижением движка подбирают длину волны, при которой наблюдается фотоэффект. Проведя соответствующие расчеты, находят работу выхода и массу фотона. При нажатии на кнопку Проверить проверяется правильность рассчитанных величин. Если число попыток превышает 3, проверка становится недоступной и снова надо нажать кнопку Тест.
Для открытия рабочего окна нажмите на его изображение.
Лабораторная работа № 6. Теория
Фотоэффект.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: На примере фотоэффекта дать представление студентам о корпускулярных свойствах света. Используя модель явления, наглядно продемонстрировать, что проявляемые в фотоэффекте свойства, не могут быть объяснены на основе волновых представлений.
Свет – электромагнитная волна, т.е. распространение в пространстве колебаний электромагнитного поля, вызванных ускоренным движением заряженных частиц. Излучение характеризуется длиной волны λ, частотой ν и скоростью распространения c (c=3*108 м/с), причем λ = c/ν. Явления интерференции, дифракции, поляризации и дисперсии света, хорошо объясняются на основе волновой теории. Но ее использование при создании теории теплового излучения нагретых тел, фотоэффекта и ряда других явлений вело к противоречиям. Для теплового излучения, теоретические спектры излучения нагретых тел не совпадали с полученными в экспериментах. По теоретическим расчетам получалось, что любое нагретое тело должно излучать бесконечную энергию в ультрафиолетовой и рентгеновской области спектра. В теории теплового излучения эта проблема получила название "Ультрафиолетовой катастрофы". Проблему разрешил Макс Планк, сумев дать теоретическое объяснение спектрам излучения и поглощения нагретых тел на основании предположения о дискретном, скачкообразном характере излучения и поглощения электромагнитных волн.
Электромагнитные волны при взаимодействии с атомами и молекулами излучаются и поглощаются порциями – квантами, энергия каждого кванта пропорциональна частоте волны: Е = hν, где h – постоянная Планка (h = 6,626*10-34 Дж/Гц).
Эйнштейн развил идею Планка и стал рассматривать световой поток как поток частиц (фотонов) не только при испускании, но и при распространении и поглощении света. Фотон – материальная, электрически нейтральная частица с энергией Е = hν. Поскольку E = mc2 , то m = hν/c2, где m – масса фотона, эквивалентная его энергии. Фотон, как квант электромагнитного поля, движется в вакууме со скоростью с, остановить его невозможно, он существует только в движении, его масса покоя равна нулю. Импульс фотона p = mc = E/c = h/λ, так как c = λν.
C:\www\doc2html\work\bestreferat-411759-14098678075836\content_t.html
Фотоэффект – испускание с поверхности некоторых металлов электронов под воздействием света. Проявляется фотоэффект, начиная только с определенной частоты света, зависящей от конкретного металла. Кинетическая энергия (скорость фотоэлектронов) зависит только от частоты света, но не зависит от его интенсивности, тогда как число электронов пропорционально интенсивности света. На основе закона сохранения энергии Эйнштейн записал уравнение фотоэффекта: hν = mv2/2 + A, где A – работа выхода, необходимая для преодоления силы, удерживающей электроны в металле. Т.е. энергия кванта света hv, поглощенная электроном на поверхности металла, расходуется на работу выхода А электрона из металла и на сообщение ему кинетической энергии mv2/2. Значит, энергия электрона равна энергии фотона за вычетом работы выхода, а количество электронов зависит от количества падающих фотонов. Если энергия кванта hν0 = А, фотоэффект возникает, если меньше – нет. Частота ν0 называется красной границей фотоэффекта. Т.е., свет взаимодействует с электронами металла как частица.