Оптика лабораторный практикум Пермь 2004 удк 53 (07): 378 оптика: лабораторный практикум
Скачать 1.15 Mb.
|
Описание установки а б в г д   1 2 3 4 5           Рис. 7.1 Схема установки представлена на рис. 7.1. Источником света 1 является газовый лазер типа ЛГ-56 со стабилизатором 2, служащим для "поджига" и питания лазера. Поляризатором 3 служит призма Аренса. Поляризатор укреплен в обойме в и вместе с круговой шкалой б с помощью рукоятки г поворачивается относительно неподвижного диска д, на котором укреплен указатель а отсчета углов поворота поляризатора. Приборы 1, 3, 4 укреплены на оптической скамье. Для измерения интенсивности прошедшего через поляризатор света используется фотодиод 4 типа ФД- 2. Фототок Iф, возникающий в цепи микроамперметра 5, подключенного к фотодиоду, пропорционален интенсивности J падающего на него света: Iф = kJ. Так как в обеих задачах интенсивность света достаточно знать в относительных единицах и так как Iф J, то за меру интенсивности света можно принимать величину фототока (в относительных единицах). Выполнение работы 1. Ознакомиться с приборами установки, со шкалами измерительных приборов, с передней панелью стабилизатора. 2. Настроить установку. 2.1. Осуществить, если этого не было сделано раньше, “поджиг” лазера, для чего подать на стабилизатор напряжение из сети, переведя тумблер “сеть” в верхнее положение (должна загореться сигнальная лампа). Далее в течение 3 - 5 минут лазер должен прогреться. Затем поставить ручку “ток нагрузки” в среднее положение; включением кнопки “поджиг” произвести “поджиг” лазера; установить ручку “ток нагрузки” в положение, соответствующее минимальной мощности излучения (до отказа влево). 2.2. Убедившись, что луч лазера устойчив, проверить, центрированы ли приборы 3 и 4 относительно луча, попадает ли свет на фотодиод. 2.3. Подключить к фотодиоду прибор для измерения фототока и убедиться, что при вращении (медленном) поляризатора интенсивность света, прошедшего через него, действительно меняется. 3. Определить степень поляризации лазерного луча. 3.1. Вращая поляризатор, и непрерывно следя за показаниями прибора, измерить Jmax и Jmin. Отметить положение поляризатора в эти моменты. Продолжая вращать поляризатор в ту же сторону, еще дважды сделать аналогичные измерения. Результаты записать в табл. 7.1. Таблица 7.1
3.2. Для каждого из измерений вычислить по формуле (6.1) степень поляризации P и ее среднее значение. Сделать вывод относительно P. 3.3. Вычислить углы между двумя соседними положениями по-ляризатора, соответствующие Jmax и Jmin. Сделать вывод относительно . 4. Выполнить проверку закона Малюса (задание можно выполнять при условии, что для степени поляризации получено достаточно большое значение P 0,97). 4.1. Вновь установить поляризатор в положение, соответствующее значению Jmax = J0, и записать угол 0, определяющий начальное положение поляризатора. Поворачивая поляризатор на разные (от начального положения) углы (удобно взять 10, 20, 30 ... 90O), измерить J. Результаты записать в табл. 7. 2. Таблица 7.2
4.2. По таблицам найти значения сos и вычислить сos2. Построить график J = f (сos2) и сделать вывод о выполняемости закона Малюса. 4.3. Выключить лазер. П р и м е ч а н и е: так как свойства фотодиода при освещении лучом лазера изменяются, то для большей точности перед каждым измерением рекомендуется луч лазера перекрыть на несколько секунд. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
11. Экспериментальная проверка закона Малюса. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8 ИССЛЕДОВАНИЕ ФОТОЭЛЕМЕНТОВ Цель работы: снять вольт - амперную и люкс - амперную характеристики вакуумного фотоэлемента и фотосопротивления. Приборы и принадлежности: оптическая скамья, вакуумный фотоэлемент СЦВ-4, фотосопротивление, вольтметр, миллиамперметр, выпрямитель, источник света. Сведения из теории Действие фотоэлементов основано на явлениях внешнего и внутреннего фотоэффектов. Внешним фотоэффектом называется явление испускания электронов металлами под действием света. Для внешнего фотоэффекта характерны следующие закономерности. 1. Число электронов, испускаемых веществом в единицу времени, пропорционально интенсивности падающего света. 2. Начальная скорость вылетевших электронов определяется частотой света и не зависит от его интенсивности. С увеличением частоты падающего света скорость электронов увеличивается. 3. Для каждого вещества существует так называемая красная граница фотоэффекта, т.е. минимальная частота света 0, при которой еще имеет место фотоэффект. Величина 0 зависит от химической природы вещества и состояния его поверхности. 4. Фотоэффект практически безынерционен, т.е. между началом освещения и возникновения фотоэффекта нет заметного промежутка времени. Закономерности фотоэффекта не укладываются в рамки классической электромагнитной теории света. Эйнштейн показал, что все основные закономерности фотоэлектрического эффекта непосредственно объясняются, если предположить, что свет поглощается такими же порциями энергии, какими он, по предположению Планка, испускается. В самом деле, при вырывании электрона из металла энергия кванта света идет на работу выхода А электрона из металла и на сообщение электрону кинетической энергии  .Так как порция световой энергии, поглощенной электроном при его вырывании, равна h, то по закону сохранения энергии  .Это равенство называется уравнением Эйнштейна для внешнего фотоэффекта. Из этого уравнения следует, что минимальная порция энергии, необходимая для вырывания, должна быть равна работе выхода А. Следовательно, частота 0, соответствующая красной границе фотоэффекта, 0 = A / h. Внутренним фотоэффектом называется появление под действием света внутри диэлектрика или полупроводника добавочных свободных электронов. Поглощая фотоны, связанные электроны вещества получают энергию, но не вылетают за пределы вещества, а становятся свободными, оставаясь внутри вещества и увеличивая его проводимость (явление фото-проводимости). Механизм внутреннего фотоэффекта вскрывается зонной теорией твердых тел, согласно которой электроны, поглощая кванты света, переходят из валентной зоны в зону проводимости. Законы внутреннего фотоэффекта эквивалентны законам внешнего фотоэффекта. На основании внешнего и внутреннего фотоэффектов строится большое число приемников излучения, преобразующих световой сигнал в электрический и объединенных под общим названием - фотоэлементы. Фотоэлементы с внешним фотоэффектом  Вакуумный фотоэлемент представляет собой откачанный стеклянный баллон, часть внутренней поверхности которого покрыта тонким слоем светочувствительного металла, играющего роль фотокатода. Анод А находится в центре баллона (рис. 8.1). При освещении фотоэлемента из катода вылетают электроны и под действием электрического поля попадают на анод. По цепи идет ток. Газонаполненный фотоэлемент содержит какой-либо инертный газ под небольшим давлением. Первичные фотоэлектроны ионизируют атомы газа, что приводит к увеличению тока, проходящего через элемент. Фотоэлементы с внутренним фотоэффектом (полупроводниковые фотоэлементы) Фотосопротивление. Действие его основано на явлении фотопроводимости. На рис.8.2 показано включение фотосопротивления в электрическую цепь. Без освещения фотосопротивления ток в цепи практически отсутствует, при освещении ток возрастает в тысячи раз.  Фотосопротивления обладают чувствительностью в сотни и тысячи раз большей, чем фотоэлементы с внешним фотоэффектом. Кроме того, они имеют широкий диапазон спектральной чувствительности: от инфракрасных до рентгеновских и - лучей. Недостатками их являются значительная инерционность и зависимость свойств от температуры. Вентильные фотоэлементы (фотоэлементы с запирающим слоем). В вентильных фотоэлементах используется фотогальванический эффект (разновидность внутреннего фотоэффекта). В отличие от других фотоэлементов, вентильные фотоэлементы не требуют при работе источника тока, так как сами являются таким источником. Вольт - амперные и люкс - амперные характеристики фотоэлементов  Вольт - амперной характеристикой фотоэлемента называется кривая, выражающая зависимость фототока от напряжения. На рис. 8.3 показана вольт - амперная характеристика вакуумного фотоэлемента. Она отличается двумя особенностями: а) при увеличении напряжения U между анодом и катодом фототок IФ достигает насыщения (с увеличением освещенности ток насыщения возрастает); б) существует такое значение задерживающей разности потенциалов Uз , при котором фототок прекращается. Электроны перестают достигать анода, когда работа задерживающего электрического поля становится равной их начальной кинетической энергии:  ,где е, m и V - это заряд, масса и скорость электрона соответственно. Вольт - амперные характеристики фотосопротивлений имеют линейный характер. Люкс - амперной (или световой) характеристикой фотоэлемента называется зависимость фототока от освещенности катода при постоянном напряжении. У вакуумных фотоэлементов световая характеристика линейна, так как число выбитых электронов в единицу времени n пропорционально освещенности (Iн = е n ~ E). Световая характеристика фотосопротивлений имеет нелинейный характер. Применение фотоэлементов Фотоэлементы используются в технике и в научных исследованиях. Например, они применяются в звуковом кино для воспроизведения звука, для сигнализации, в телевидении, автоматике и телемеханике. Фотоэлементы позволяют управлять на расстоянии процессами производства. При нарушениях хода процесса изменяется поток света, попадающего на фотоэлемент, и создается ток, выключающий весь процесс. С помощью фотоэлементов измеряются весьма слабые световые потоки (например, в биологии, астрофизике), регистрируются инфракрасные спектры, осуществляется фотографирование в темноте и т.д. Вентильные фотоэлементы используются для изготовления “солнечных” батарей, преобразующих энергию Солнца в электрическую энергию. Кремниевые “солнечные” батареи применяются, например, для питания аппаратуры на искусственных спутниках Земли и автоматических межпланетных станциях. Фотоэлементы могут быть использованы для измерения освещенности рабочих мест. Приборы, служащие для измерения освещенности, называются люксметрами. |
Похожие:
 | Лабораторный практикум является завершающим этапом в изучении бухгалтерского финансового и бухгалтерского управленческого учета |  | Лабораторный практикум по дисциплине «Безопасность товаров»./ Сост.: О. Н. Перелыгин |
| Шакурова М. В. Методика и технологии работы социального педагога: лабораторный практикум. – Воронеж: Воронежский государственный... | | Лабораторный практикум по дисциплине «Теоретические основы товароведения и экспертизы» / Сост. Ш. К. Ганцов, Л. Г. Цветкова, Р. Г.... |
| Учебно-методический комплекс дисциплины «Лабораторный практикум по бухгалтерскому учету (Сквозная задача по финансовому учету и управленческому... | | Рецензент: Сергеева И. А., к э н., заведующая кафедрой бухгалтерского учета, финансов и налогообложения |
| «Сварочное, литейное производство и материаловедение» фгбоу впо «Пензенский государственный университет» | | Учёт и документальное оформление поступления материально-производственных запасов в рганизацию |
| Орлов, А. И. Эконометрика. Учебник. – М.: Издательство "Экзамен", 2002. – 576с. 23 | | Орлов, А. И. Эконометрика. Учебник. – М.: Издательство "Экзамен", 2002. – 576с. 27 |