Определение длины световой волны лазерного луча

1.1. Ознакомиться с установкой.

1.2. Дифракционную решетку вставить в рамку рейтера 3.

1.3. Включить лазер в сеть.

1.4. Направить луч лазера на дифракционную решетку и, передвигая вдоль скамьи рейтер 3, установить его в таком месте, чтобы дифракционная картина была четкой и, по возможности, занимала бы большую часть шкалы.

1.5. По шкале произвести отсчет координат х _л и х _п одномерных максимумов всех порядков слева и справа от нулевого максимума. Результаты занести в табл. 1.

1.6. Измерить с помощью линейки расстояние L между дифракционной решеткой и плоскостью экрана. Выписать с дифракционной решетки значение постоянной решетки d.

1.7. Вычислить расстояние l _кмежду максимумами каждого порядка, а также tg j _к. Найти j _к и sin j _к. Результаты занести в табл. 1.

1.8. По формуле (см. 8.7) вычислить длину волны l

Таблица 1

	d =, L =
Поря-док макси- мумов	х п	х л	lk = х п -х л	tg jк	jк	sin jк
. .

 

лазерного луча по данным для каждого порядка максимумов и среднее значение длины волны < l >.

1.9. Вычислить угловую дисперсию и разрешающую способность дифракционной решетки для третьего порядка спектра.

 

Определение ширины щели

2.1. В рамку рейтера 3 вместо дифракционной решетки вставить металлическую щель.

2.2. Направляя луч лазера на щель, передвигая рейтер 3 и изменяя ширину щели (если это предусмотрено), добиться четкой дифракционной картины.

2.3. Измерить расстояние между крайними минимумами одного порядка и расстояние L от щели до экрана.

2.4. Вычислитьsinj_к. Так как угол j_кв этом случае мал, то .

2.5. По формуле (см. 8.6) вычислить ширину щели. Значения l (<l>) определены в упражнении 1. Результат занести в табл. 2.

 

Таблица 2

Поря-док	<l> L
мини-мума	х п	х л	lk = x п - х л	= sin jк

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

 

1. Дифракция света.

2. Принцип Гюйгенса - Френеля.

3. Метод зон Френеля.

4. Дифракция света на одной щели. Условия максимума и минимума.

5. Как выглядит дифракционная картина от дифракционной решетки. Условия максимума. Как меняется картина с увеличением числа щелей.

6. Сравнить дифракционную картину от решетки в монохроматическом и белом свете.

7. Какими величинами характеризуют качество дифракционной решетки?

8. Что такое угловая (линейная) дисперсия дифракционной решетки. Как ее вычислить?

9. С чем связана необходимость введения “разрешающей силы” дифракционной решетки. Что это такое?

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА№ 9

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 n ₀, при которой еще имеет место фотоэффект. Величина n 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 hn, то позакону 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 n₀, соответствующая красной границе фотоэффекта, n₀ = 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 фотопроводимости).

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 общим названием – фотоэлементы.