Практическое занятие№13

Решение задач по теме 3.5 «Интерференция и дифракция света».

Цель: изучить явление интерференции и дифракции

Место проведения: учебная аудитория.

Средства обучения:

методические рекомендации к практическим работам.

Виды самостоятельной работы:

Решение тренировочных заданий, ответы на вопросы с использованием книги.

Краткая теория

Интерференция –явление характерное для волн любой природы:механических,электромагнитных. "Интерференция волн – сложение в пространстве двух (или нескольких) волн, при котором в разных его точках получается усиление или ослабление результирующей волны”. Для образования устойчивой интерференционной картины необходимы когерентные (согласованные) источники волн.

Когерентными называются волны, имеющие одинаковую частоту постоянную разность фаз.условия максимумов условия минимумов, где k=0; ± 1; ± 2; ± 3;… (разность хода волн равна четному числу полуволн). Волны от источников S1 и S2 придут в точку С в одинаковых фазах и "усилят друг друга”. - фазы колебаний - разность фаз А=2Хmax – амплитуда результирующей волны, где k=0; ± 1; ± 2; ± 3;… (разность хода волн равна нечетному числу полуволн) Волны от источников S1 и S2 придут в точку С в противофазах и "погасят друг друга”. - фазы колебаний - разность фаз А=0 – амплитуда результирующей волны.

Интерференционная картина – регулярное чередование областей повышенной и пониженной интенсивности света. Интерференция света – пространственное перераспределение энергии светового излучения при наложении двух или нескольких световых волн. Следовательно, в явлениях интерференции и дифракции света соблюдается закон сохранения энергии. В области интерференции световая энергия только перераспределяется, не превращаясь в другие виды энергии. Возрастание энергии в некоторых точках интерференционной картины относительно суммарной световой энергии компенсируется уменьшением её в других точках (суммарная световая энергия – это световая энергия двух световых пучков от независимых источников).

Светлые полоски соответствуют максимумам энергии, темные – минимумам.

 Дифракция –явление отклонения волны от прямолинейного распространения припрохождении через малые отверстия и огибании волной малых препятствий. Условие проявления дифракции: d <, где d – размер препятствия, - длина волны. Размеры препятствий (отверстий) должны быть меньше или соизмеримы с длиной волны. Существование этого явления (дифракции) ограничивает область применения законов геометрической оптики и является причиной предела разрешающей способности

оптических приборов.

 Дифракционная решетка – оптический прибор, представляющий собой периодическую структуру из большого числа регулярно расположенных элементов, на которых происходит дифракция света. Штрихи с определенным и постоянным для данной дифракционной решетки профилем повторяются через одинаковый промежуток d (период решетки). Способность дифракционной решетки раскладывать падающий на нее пучок света по длинам волн является ее основным свойством. Различают отражательные и прозрачные дифракционные решетки. В современных приборах применяют в основном отражательные дифракционные решетки. Условие наблюдения дифракционного максимума:

Самостоятельная работа

Вариант1

1. Две когерентные световые волны приходят в некоторую точку пространства с разностью хода 2,25 мкм. Каков результат интерференции в этой точке, если свет: а) красный (Х = 750 нм); б) зеленый (Х = 500 нм)?

2. Два когерентных источника S1 и S2 освещают экран АВ, плоскость которого параллельна направлению SIS2. Доказать, что на экране в точке О, лежащей на перпендикуляре, опущенном на экран из середины отрезка SIS2, соединяющего источники, будет максимум освещенности.

3. Экран АВ освещен когерентными монохроматическими источниками света S1 и S2. Усиление или ослабление будет на экране в точке С, если: а) от источника S2 свет приходит позже на 2,5 периода; б) от источника S2 приходит с запозданием по фазе на Зл; в) расстояние S2C больше расстояния S1C на 1,5 длины волны?

Вариант 2

1. Расстояние S2C больше расстояния S1C на 900 нм. Что будет в точке С, если источники имеют одинаковую интенсивность и излучают свет с частотой 5 • 10 14 Гц?

2. Два когерентных источника S1 и S2 излучают монохроматический свет с длиной волны 600 нм. Определить, на каком расстоянии от точки О на экране будет первый максимум освещенности, если 0D = 4 м и S1S2 = 1 мм.

3. Как изменяется интерференционная картина на экране АВ, если: а) не изменяя расстояния между источниками света, удалять их от экрана; б) не изменяя расстояния до экрана, сближать источники света; в) источники света будут испускать свет с меньшей длиной волны?

Контрольные вопросы

1. Почему мыльные пузыри имеют радужную окраску?

2. Какую форму имеют радужные полосы?

3. Что такое интерференция?

 

Практическое занятие№14.

Решение задач по теме 4.1«Фотоэффект».

Цель: научиться применять формулы красной границы фотоэффекта и уравнения Эйнштейна, определять состав атомных ядер,работать с текстом и отвечать на вопросы.

Место проведения: учебная аудитория.

Средства обучения:

методические рекомендации к практическим работам.

Виды самостоятельной работы:

Решение тренировочных заданий, ответы на вопросы с использованием книги.

Краткая теория

Фотоэлектрический эффект – вырывание электронов из атомов или молекул вещества под действием падающего света (излучения).

Если электроны, выбитые светом, вылетают за пределы вещества, фотоэффект называется внешним. Его наблюдают у металлов. Если же оторванные от своих атомов или молекул электроны остаются внутри освещаемого вещества в качестве свободных, то фотоэффект называется внутренним. Он наблюдается у некоторых полупроводников и в меньшей степени у диэлектриков.

В вакуумной трубке помещают исследуемую пластину К, служащую катодом, и вспомогательный электрод А, служащий анодом. Электроды К и А подключены к источнику напряжения. Напряжение между электродами измеряют вольтметром, ток в цепи – миллиамперметром (микроамперметром).

Эйнштейн предположил, что явление фотоэффекта является подтверждением дискретности света. Он показал, что любое монохроматическое излучение представляет собой совокупность квантов, энергия которых пропорциональна частоте. Коэффициентом пропорциональности является постоянная Планка h=6,63·10^-34 Дж·с.

Энергия кванта hν, падающего на вещество, расходуется на работу А вырывания электрона из вещества и на сообщение электрону кинетической энергии. Электрон, находящийся внутри вещества, поглотив квант света, либо покидает вещество, либо остаётся внутри него. Это зависит от того, что больше: энергия поглощённого кванта света или работа выхода электрона. Если энергия поглощённого кванта больше работы выхода, то кинетическая энергия фотоэлектрона равна разности энергии поглощённого кванта света и работы выхода

= hν – А

hν=А+ mv² /2 уравнением Эйнштейна для внешнего фотоэффекта.

h = 6,63∙10⁻³⁴ Дж∙с ― постоянная Планка, с = 3∙10⁸ м/с ― скорость света в вакууме, λ ― длина волны

Работа выхода из металла

h = 6,63∙10⁻³⁴ Дж∙с ― постоянная Планка, с = 3∙10⁸ м/с ― скорость света в вакууме, λ₀ ― длина волны, соответствующая красной границе фотоэффекта

Формула Эйнштейна для фотоэффекта

m ― масса электрона, А ― работа выхода; v ― скорость электрона.

"Красная граница" фотоэффекта для данного металла

λ₀ ― максимальная длина волны излучения; ν₀ — минимальная частота, при которой фотоэффект еще возможен

Масса фотона

h = 6,63∙10⁻³⁴ Дж∙с ― постоянная Планка, с ― скорость света в вакууме, hν ― энергия фотона

Импульс фотона

h = 6,63∙10⁻³⁴ Дж∙с ― постоянная Планка, λ ― длина волны