Измерения и обработка результатов

1. Ознакомиться с устройством и эксплуатацией монохроматора УМ-2.

2.  Провести градуировку монохроматора. Для этого на рельсе монохроматора размещают источник света с известным линейчатым спектром испускания (например, неоновую или ртутную лампу). Вращением барабана длин волн поочередно совмещают с индексом окуляра линии спектра известной длины. Длины волн линий λ и показания барабана – К заносят в таблицу 1.

Таблица 1.

λ1	λ2	...
К1	К2	...

3. Поместить на рельс монохроматора лампу накаливания и получить ее непрерывный спектр. Записать показания барабана длин волн, соответствующие границам области видимого света и границам смены цветов в сплошном спектре в таблицу 2.

Таблица 2

Цвет	Красный	Оранжевый	Желтый	...	Фиолетовый
К				...
λ

4. Для изучения спектральных характеристик светофильтров между лампой накаливания и входной щелью монохроматора УМ-2 необходимо поместить держатель со светофильтром. Высоту держателя подобрать так, чтобы светофильтр перекрывал половину высоты входной щели. В таком случае в окуляре одновременно будут виден спектр излучения лампы накаливания и спектр света, пропущенного светофильтром.

5. Сравнить спектр света, пропущенного светофильтром, со сплошным спектром источника – лампы накаливания. Отметить участки спектра, которые практически не ослабляются при прохождении через светофильтр, а также участки спектра, практически полностью поглощенные им.

6. На основании данных пункта 2 построить градуировочный график монохроматора К=К(l).

7. С помощью графика определить длины волн видимой области спектра и границы смены цветов сплошного спектра. Записать их в таблицу 2 и отметить на шкале длин волн.

8. Для каждого светофильтра построить график зависимости спектрального коэффициента пропускания t_l от длины волны.

Указание

При построении графика считать коэффициент пропускания светофильтра t_l в области максимального пропускания равным 0,8 и равным нулю в областях полного поглощения. На участках с переменным коэффициентом t_l принять, что он зависит от длины волны линейно.

Контрольные вопросы

1. Объясните принцип работы призматического (дисперсионного) спектрометра и дифракционного спектрометров.

2. Что такое “световой” и “энергетический” потоки? Как они связаны между собой?

3. Что такое “энергетическая светимость” и “излучательная способность”?

4. Что такое “спектральная функция”?

5. Что такое “спектральная линия” и “спектральная полоса”?

6. Что такое “цвет?

7. Поясните причины изменения цвета поверхностей при окраске.

8. Поясните принцип действия светофильтров.

9. Расскажите о цветовых палитрах RGB и SMYK.

 

Лабораторная работа № 17

Определение удельного заряда электрона

Цель работы:

экспериментальное определение удельного заряда электрона (отношение заряда электрона к его массе) методом магнитной фокусировки.

Приборы:

выпрямитель ВУП-1, выпрямитель ВС-24, осциллографическая трубка, помещенная на оси прямого цилиндрического соленоида.

Литература:

1. И.В.Савельев. Курс общей физики. т. 2. – М.: Наука. §43, 72, 74.

2. С.Г.Калашников. Электричество. – М.: Наука. 1985. § 88, 179, 181.

Введение

На электрон, движущийся со скоростью v в магнитном поле с индукцией B, действует сила Лоренца F _Л

F _л = q[ V, B ],                                                                   (1)

здесь q - заряд электрона. Сила Лоренца направлена перпендикулярно как вектору B, так и вектору V. Поэтому работа силы Лоренца равна нулю и кинетическая энергия электрона, а значит, модуль его скорости – V остается при движении постоянным. Ускорение, сообщаемое этой силой, направлено перпендикулярно скорости, а, значит, является ускорением центростремительным.

Уравнение движения электрона в магнитном поле имеет следующий вид:

q[ V, B ]=m a _ц.                                                         (2)

Заметим, что

1) если скорость электрона V параллельна вектору индукции магнитного поля B, то F _л =0 и электрон движется вдоль силовой линии поля с постоянной скоростью;

2) если скорость электрона V перпендикулярна индукции магнитного поля B, то уравнение (2) в скалярном виде запишется так:

  или    ,                                      (3)

где R - радиус окружности, по которой движется электрон. Из формулы (3) следует, что

 .                                                     (4).

Время полного оборота (период обращения электрона) Т равен

 .                                                       (5)

Соотношение (5) показывает, что период обращения зависит от индукции поля В и удельного заряда электрона .

Пусть скорость электрона V образует с вектором B небольшой угол . Разложим (см. рис. 1) скорость V на составляющие - параллельную  и перпендикулярную  по отношению в вектору индукции магнитного поля: . В соответствии с пунктом 1 электрон движется равномерно вдоль силовой линии магнитного поля со скоростью V _||. Наличие составляющей скорости V _┴ вызывает движение электрона вокруг силовой линии по окружности радиусом R=m V_┴/qB.

Рис. 1 B – индукция магнитного поля, V – скорость электрона

Из уравнения (2) следует, что V _|| остается постоянной и движение вдоль направления поля B есть движение равномерное. Составляющая  обуславливает движение по окружности под действием силы Лоренца. В результате суперпозиции двух этих движений электрон в магнитном поле движется по винтовой линии с шагом . Учитывая формулу (5), получим:

                                                                     (6)

Для малых углов () шаг винтовых линий для электронов, движущихся под различными углами к направлению B, будет приблизительно одинаковым. Таким образом, электроны, вылетающие из некоторой точки катода под различными углами a, пересекают силовую линию B на расстояниях f, 2f и т. д.