Оптическая физика Определение фокусных (стр. 8 из 10)
Таблица 2.
 | 0,669 | 0,629 | 0,588 | 0.545 | 0.500 | 0.454 | 0.407 | 0.358 |
| Z | 44 | 43 | 42 | 41 | 40 | 39 | 38 | 37 |
Таблица 3.
| n | A | B |
| 1.3001.3101.3201.3301.3401.3501.3601.371.380 | 0.024370.024310.024250.024200.024150.024100.024050.024000.02395 | 0.031680.031550.031410.031250.031080.030890.030690.030480.03026 |
Таблица 4.
| Показательпреломления n |
| Параметр дисперсии z |
| Средняя дисперсия n D |
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что называется абсолютным и относительным показателями преломления?
2. Сформулируйте законы отражения и преломления света.
3. Объясните принцип действия рефрактометра.
4. В чем заключается явление полного отражения?
5. Что называется предельным углом полного отражения?
6. Объясните, почему при установке трубы под предельным углом, одна половина поля зрения будет светлой, а другая - темной?
7. Что называется дисперсией света?
8. Какова причина разложения света на цветные лучи при прохождении его через трехгранную призму?
9. Что произойдет, если любой из цветных лучей спектра пропустить через трехгранную призму?
10. Показать ход лучей в призме. Чему равен угол между отраженными лучами?
11. Назвать основные положения классической теории дисперсии?
12. В каких случаях говорят об аномальной дисперсии?
13. .Какую картину мы будем наблюдать?
ЛИТЕРАТУРА
1. Гершензон Е.М., Малов Н.Н., Мансуров А.Н. Оптика и атомная физика.- М.: Академия, 2000.- 406с.
2. Ландсберг Г.С. Оптика. – М.: Наука.-1976.- 927с.
3. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т.4. Оптика.- М.: Наука, 1980.- 752с.
4. Савельев И. В. Курс общей физики. Т.2. Электричество и магнетизм. Волны. Оптика. М.: Наука, 1988.- 496c.
Лабораторная работа №5 ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ ФОТОМЕТРИИ
Цель работы: экспериментальная проверка основного закона освещенности и закона обратных квадратов.
Приборы и принадлежности: прибор ПЗФ, выпрямитель ВС-4-12, люксметр, микроамперметр, набор соединительных проводов.
Теоретическая часть работы
На шкале электромагнитных волн видимые волны занимают очень узкий интервал 3800-7600 Å. Только волны этого интервала воспринимаются нормальным глазом. Они излучаются искусственными источниками света. В физике различают оптическое и световое излучение. Та часть электромагнитных излучений, которая состоит из волн, воспринимаемых глазом, называется световым излучением. Понятие оптического излучения шире; оно включает кроме светового излучения инфракрасное, ультрафиолетовое и рентгеновское излучение, энергия которых не воспринимается нашими органами чувств.
Для характеристики оптического излучения введены величины: поток излучения, энергетическая сила света, энергетическая освещенность, энергетическая яркость, энергетическая светимость. В отличии от оптического, световое излучение характеризуется световыми (фотометрическими) величинами: световым потоком, силой света, освещенностью, светимостью и яркостью (подробнее об этих величинах смотри лабораторную работу №5).
Пусть свет излучается точечным источником. Источник света считается точечным, если его размеры много меньше расстояний, на которых оценивается его действие. Кроме того, предполагается, что такой источник посылает свет равномерно по всем направлениям. Распространяясь по всем направлениям, световой поток распределяется на все большую площадь. Чем дальше освещаемая поверхность находится от источника, тем меньший световой поток приходится на единицу этой поверхности, а следовательно, тем меньше её освещенность. Очевидно также, что при одинаковых расстояниях от источника, освещенность Е зависит от силы света источника.
Рисунок 1 – Параметры телесного угла, в пределах которого распространяется свет от источника помещенного в вершину данного угла.
Принимая во внимание эти соображения, получим точную количественную зависимость между освещенностью Е, силой света источника I , расстоянием r от источника до освещаемой поверхности. Представим себе две концентрические сферы с радиусами r 1 и r 2, в центре которых помещен точечный источник света (рис. 1).
Из определения освещенности
(1)здесь Ф - световой поток, S - площадь освещаемой поверхности.
Площадь освещаемой сферы равна S =4 p r 2, а полный световой поток Ф=4 p I (см.лаб.раб. №5). Поэтому освещенность выразится следующим образом:
(2)Следовательно, освещенность поверхности обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника.
Записав формулу (2) для двух площадок S 1 и S 2
; 
(3)и, разделив эти два равенства друг на друга, получим:
(4)Этот закон называется законом обратных квадратов и формулируется следующим образом: Освещенность поверхностей перпендикулярными лучами, даваемая одним и тем же источником света, обратно пропорциональна квадрату расстояния от этих поверхностей до источника.
При выводе этого закона делается три допущения:
1.Источник света представляет собой светящуюся точку.
2.Свет не испытывает поглощения средой, в которой он распространяется.
3.Световой поток внутри данного телесного угла однороден.
Если лучи света падают на освещаемую площадку не перпендикулярно, то освещенность будет зависеть от угла падения лучей по основному закону освещенности
, (5)согласно которому, освещенность поверхности, создаваемая точечным источником, прямо пропорциональная силе света источника, косинусу угла падения лучей и обратно пропорциональная квадрату расстояния от источника до поверхности.
Описание прибора ПЗФ
Прибор ПЗФ состоит из камеры и разъемного корпуса прямоугольной формы, установленных на двух стойках. Внутри камеры вмонтирован селеновый фотоэлемент, зажимы которого с помощью гибких проводников соединены с зажимами, расположенными на торцевой части камеры.
Селеновый фотоэлемент установлен в оправе с максимальным углом поворота, равный 90°. Отсчет угла поворота фотоэлемента осуществляется по угловой шкале, расположенной на лицевой стороне камеры.
Селеновый фотоэлемент с запирающим слоем представляет собой систему, состоящую из металлической подложки, на одной стороне которой нанесен слой селена толщиной около 0,1 мм (рис.2). Этот слой покрыт полупрозрачным электродом. Верхний слой электрода обладает достаточной прозрачностью в той области спектра, длина волны которой вызывает фотоэффект.
Фотоэлемент имеет спектральную характеристику чувствительности, весьма близкую к кривой видимости среднего человеческого глаза. Это обстоятельство очень важно, так как позволяет использовать фотоэлемент для фотометрирования дневного света.
Рисунок 2 – Устройство селенового фотоэлемента.
Действие фотоэлемента основано на фотоэлектрическом эффекте, т.е, на явлении, заключающемся в том, что кванты света, попадая на атом вещества, могут вырвать из него электроны. В зависимости от судьбы вырванных электронов различают три вида фотоэффекта. Если оторванные от атома электроны не покидают пределов тела, происходит внутренний фотоэффект. Если же вырванные фотоэлектроны вылетают в вакуум или газ - внешний фотоэффект. Если вырванные электроны покидают пределы тела и проходят через поверхность раздела в другое твердое тело или жидкость - фотоэффект в запирающем слое.
На границе прозрачной пленки образуется запирающий слой. К этой пленке и металлической подложке подведены контактные проводники. В таком фотоэлементе, называемом лицевым или переднестеночным, фотоэлектрический эффект происходит на обоих границах слоя селена.
Фотоэлементы с запирающим слоем в отличие от фотоэлементов с внутренним и внешним фотоэффектом, обладают тем замечательным свойством, что под действием света становятся источником электродвижущей силы, т.е для их работ не требуется источников напряжения. Иначе говоря если рассматривать фотоэлемент как часть электрической цепи, фотоэлементы с запирающим слоем являются преобразователями световой энергии в электрическую, в то время как фотоэлементы других типов, в их обычно способе применения, являются лишь сопротивлениями, величина которых меняется в зависимости от количества падающей на них световой энергии.
Выполнение работы
1) Зависимость освещенности от расстояния до источника света.
Данный опыт проводится на приборе ПЗФ и на оптической скамье. Перед проведением опыта с ПЗФ к его зажимам присоединяют микроамперметр. При подключении гальванометра к прибору необходимо соблюдать полярность соединения. Высота стойки, на которой закреплена лампа, такова, что тело накала лампы находится на геометрической оси камеры и, следовательно, фотоэлемента. Лампа имеет возможность перемещаться вдоль оси корпуса в пределах длины шкалы с сантиметровыми делениями (нулевое деление шкалы совпадает с плоскостью чувствительного слоя фотоэлемента).