|
|
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТЕПЕНИ ПОЛЯРИЗАЦИИЛАЗЕРНОГО ЛУЧА И ПРОВЕРКА ЗАКОНА МАЛЮСА Цель работы: познакомиться с работой лазера и свойствами лазерного луча, убедиться в справедливости закона Малюса. Приборы и принадлежности: газовый лазер ЛГ-56 со стабилизатором, поляризатор, фотодиод, прибор для измерения фототока. П р и м е ч а н и е:теоретический материал находится в начале лабораторной работы № 6.
Описание установки
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 ви вместе с круговой шкалой б с помощью рукоятки гповорачивается относительно неподвижного диска д, на котором укреплен указатель аотсчета 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 углыDj между двумя соседними положениями по-ляризатора, соответствующие Jmax и Jmin. Сделать вывод относительно Dj. 4. Выполнить проверку закона Малюса (задание можно выполнять при условии, что для степени поляризации получено достаточно большое значение P ³ 0,97). 4.1. Вновь установить поляризатор в положение, соответствующее значению Jmax = J0, и записать угол a0, 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 сosa и вычислить сos2a. Построить график J = f (сos2a) 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
1. Свет - электромагнитные волны. 2. Естественный свет. 3. Линейно-поляризованный свет. 4. Частично-поляризованный свет. 5. Поляризаторы. 6. Степень поляризации частично-поляризованного света. 7. Закон Малюса. 8. Лазеры: принцип действия (инверсная заселенность, вынужденное излучение); устройство и работа лазера (твердотельного и газового); свойства луча лазера; использование лазера. 9. Фотодиод. 10. Экспериментальное определение степени поляризации света. 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 светаn0, при которой еще имеет место фотоэффект. Величина n0 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 Аэлектрона 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 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. |
|
.
.