Оптическая физика Определение фокусных (стр. 9 из 10)
Источником питания электролампы служит выпрямитель типа ВС-4-12. Селеновый фотоэлемент должен быть установлен перпендикулярно оси прибора (при этом ручка поворота находится на нулевой отметке угловой шкалы прибора).
Первоначально источник света устанавливается на расстоянии 10 см от селенового фотоэлемента. С помощью выпрямителя на лампочку подается такое напряжение, на которое рассчитана используемая лампочка.
Снимается отсчет n 10 по шкале гальванометра (шкала гальванометра снабжена второй школой, наклеенной на первую, и размеченную в люксах).
Не меняя напряжения питания на лампе, устанавливают ее на расстоянии 20 см, затем 30 см и снимают соответственно отсчеты n 20, n 30. Результаты заносятся в таблицу 1.
Таблица 1.
| №№п/п | Расстояние от источника света до селеновогоФотоэлемента | Показатель гальванометра |
| 1.2.3. | 10см20см30см | n 10n 20n 30 |
При работе с оптической скамьей устанавливают на нее ползунок с источником света (автомобильную лампочку накаливания). Лампочка питается от выпрямителя.
Устанавливают лампочку на расстоянии R =100см от фотоэлемента и с помощью люксметра находят освещенность Е 1 фотоэлемента. Уменьшая расстояние R между фотоэлементом и лампочкой скачками через 10см, измеряют соответствующие отклонения люксметра Е 1. Затем все измерения повторяют в обратном порядке, т.е. постепенно увеличивая расстояние R и обозначая эти освещенности Е 2. Результаты измерений заносят в таблицу 2.
Таблица 2
| №№п/п | Расстояние между фотоэлементом и лампочкой R | Освещённость Е 1 | Освещённость Е 2 | Средняя освещенность Е ср |
| 12 | 100см90см… |
На основании полученных данных нужно провести проверку закона обратных квадратов. Для этого нужно подсчитать отношение двух последующих средних освещенностей (Е 10/Е 20, Е 20/Е 30 и т.д.) сравнить их с обратными отношениями квадратов расстояний (
/ 
; 
/ …)Подученные отношения должны быть достаточно близкими, т.е.
Е 10/Е 20 
/ и т.д.Затем подсчитывается абсолютная ошибка отклонения результатов от идеального закона
2) Зависимость освещенности от угла падения лучей.
Для проведения этого опыта используется прибор ПЗФ. Лампа накаливания включается в цепь выпрямителя и устанавливается на расстоянии 10 см от фотоэлемента (это делается для того, чтобы максимальное показание микроамперметра при установке угла фотоэлемента на нуле было как можно больше). Снимается отсчет по шкале гальванометра n и записывается в таблицу 3.
Не меняя напряжения на лампе и не перемещая источник света и линзу, повернуть фотоэлемент на 30°; 45° и 60° и, сняв отсчеты на гальванометре, также занести их в таблицу 3.
Зная силу света лампочки накаливания, подсчитать для каждого случая освещенность фотоэлемента по формуле (5).
Сравнить теоретические и экспериментальные значения освещенности.
Таблица 3.
| №№п/п | Угол наклона фотоэлемента | Отсчет по шкале гальванометра n | Освещенность, вычисленная по формуле (5) |
| 1234 | 0°30°45°60° |
Подученные результаты свидетельствуют о том, что освещенность зависит от угла падения лучей на освещаемую поверхность.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что представляет собой видимый свет?
2. Какой источник считает точечным?
3. Каким свойством должен обладать предмет, чтобы быть невидимым?
4. Каковы свойства глаза как приемника световой энергии? Какие еще приемники вам известны?
5. Как зависит чувствительность глаза к свету от частоты света?
6. Чем определяется цвет того или иного предмета (прозрачного, непрозрачного)?
7. Сравнить достоинства и недостатки объективных и субъективных методов фотометрических измерений.
8. В полдень во время весеннего и осеннего равноденствия солнце стоит на экваторе в зените. Во сколько раз в это время освещенность поверхности земли на экваторе больше освещенности на широте?
9. Вывести закон обратных квадратов.
10. Какие допущения делаются при выводе этого закона? Как они реализуются на опыте? Чем объясняется большая погрешность при проверке закона обратных квадратов?
11. Записать основной закон освещенности.
12. Что называется фотоэффектом? Основные виды фотоэффекта.
13. Каково устройство селенового фотоэлемента.
14. 3ная, что механический эквивалент света в узком спектральном интервале, соответствующим максимуму чувствительности глаза (
=555нм), равен 1,6*10 -3 Вт/лм, оценить мощность светового потока в 1 лм в спектральном интервале такой же величины, соответствующим длинам волны 
=500нм, 
=650нм.ЛИТЕРАТУРА
1. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Оптика.- М.: Наука, 1980.- 752с.
2. Лабораторный практикум по общей и экспериментальной физике./ Под редакцией Гершензона Е.М. и Мансурова А.Н. - М.: Академия, 2004.- 461с.
3. Корсунский Н.Н. Оптика. Строение атома. Атомное ядро. М.: Наука, 1982.- 528с.
4. Королев Ф.А. Курс физики. Оптика, атомная и ядерная физика, М.: Просвещение, 1974.- 608с.
Лабораторная работа №5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛЫ СВЕТА ЛАМПОЧКИ НАКАЛИВАНИЯ И ИЗУЧЕНИЕ ЕЕ СВЕТОВОГО ПОЛЯ
Цель работы: определение силы света лампы накаливания в направлении перпендикуляра к плоскости нити накала и исследование распределения ее силы света в плоскости, перпендикулярной оси лампы с помощью фотометра Ричи.
Приборы и принадлежности: фотометр Ричи, эталонная лампочка накаливания мощностью 40 - 60 Вт, рассчитанная на напряжение 220 В, исследуемая лампочка накаливания, вертикальный поворотный патрон для исследуемой лампочки с указателем, горизонтальная шкала к патрону с делениями в градусах, масштабная линейка, оптическая скамья.
Теоретическая часть работы
Одним из наиболее важных свойств света является его способность действовать на глаз, вызывая в нем зрительные ощущения, благодаря чему человек получает максимальную по сравнению с другими органами чувств информацию о внешнем мире. Человеческий глаз обладает способностью воспринимать излучение в области спектра от 380 до 760 нм. В то же время физический прибор способен регистрировать электромагнитное излучение и на других длинах волн, а в видимой части спектра его спектральная чувствительность может отличаться от чувствительности человеческого глаза. Поэтому, для оценки светового излучения используют две группы величин: энергетические (воспринимающий элемент - физический прибор) и фотометрические (воспринимающий элемент - глаз человека).
Основная фотометрическая величина - сила света I . Ее единицей измерения является 1 кандела (candel - свеча). Она определяется с помощью светового эталона подобно эталонам времени, длины и т.д. Кандела есть сила света, излучаемого абсолютно черным телом с поверхности площадью 1/60 см 2 в направлении перпендикуляра к ней при температуре затвердевания чистой платины при давлении 101325 Па (2046,6 К). Все остальные фотометрические величины - производные. Они определяются через основную величину - силу света и геометрические характеристики. Таковыми являются прежде всего световой поток Ф и освещенность поверхности E.
Сила света источника может зависеть от направления излучения. Поэтому, в общем случае световой поток определяется как
(1)где d W -малый телесный угол вдоль выбранного направления, в пределах которого сила света может считаться неизменной. Если источник света изотропен в пределах конечного телесного угла W , то
(2)В частности, для всего пространства W = 4 p страд. Единицей измерения светового потока является 1 люмен (лм), 1лм = 1кд*страд.
Освещенность поверхности
(3)есть физическая величина, численно равная световому потоку, приходящемуся на единицу площади освещаемой поверхности. Если световой поток распределен по площади равномерно, то
(4)Единицей измерения освещенности является 1 люкс (лк), 1 лк=1лм/1м 2.
Для точечного источника света из формул (1) и (3) следует более простая формула
(5)где I - сила света источника в выбранном направлении, a - угол падения световых лучей на освещаемую площадку, r - расстояние от источника до площадки.
Для измерения световых величин применяют специальные оптические приборы, называемые фотометрами. Фотометры делятся на два класса - субъективные или визуальные, где приемником излучения является глаз человека, и объективные, где приемником излучения служит фотоэлемент - прибор, чувствительный к свету. В настоящей работе используется субъективный фотометр Ричи. Идея метода заключается в следующем. Рассмотрим экран c двумя отражающими матовыми поверхностями. На расстоянии r 1 от экрана находится эталонный источник света с известной силой света I 1, а на расстоянии r 2 - источник, силу света которого I 2 необходимо определить. Эти источники создают освещенности сторон экрана соответственно