Главная | Обратная связь

Исследование поляризации прошедшего через пластину света

 

Методика лабораторного эксперимента

 

1. Коромысло узла анализатор – фотоэлемент установим на угол 180° и оставляем его в этом положении на время всего опыта.

2. Вставляем обойму с двумя пластинами (N = 2) и устанавливаем угол падения света, равный углу Брюстера, найденному при выполнении задания 1.

3. Измеряем интенсивность прошедшего через пластины света при двух положениях ППА: I_max – при 0° и I_min – при 90°.

4. Аналогичные измерения проводим для других стоп с N = 4, 7, 12 пластин. Результаты всех измерений заносим в табл. 6.

Таблица 6

Зависимость интенсивности прошедшего через поляризатор света

от числа пластин в стопе

 

 

 

Число пластин N	Показания вольтметра, мВ	Степень поляризации, Р
Imax	Imin

 

6. Рассчитываем степень поляризации света для всех случаев и строим график Р = f (N).

7. Делаем выводы.

 

Задание 3

Изучение закона Малюса

Методика лабораторного эксперимента

 

1. Снимаем с установки обойму с пластинами, коромысло узла анализатор-фотоэлемент устанавливаем в положение 180°, между источником света и установкой помещаем поляризатор 12 (φ_ППП = 90°).

2. Устанавливаем ППА на 0° и, меняя положение ППА (φ_ППА) от 0° до 180° через 15°, отмечаем по показаниям мультиметра интенсивность света, прошедшего через поляризатор и анализатор I_п. Результаты всех измерений заносим в табл. 7.

3. Проводим расчеты, необходимые для заполнения таблицы.

4. Строим график зависимости I_п² = f (cos²φ)

5. Делаем вывод.

Таблица 7

Зависимость интенсивности света, прошедшего через анализатор от угла падения

 

 

φППП=90°	φППА
Iп
cos2φ	1,00	0,93	0,75	0,50	0,25	0,07	0,00	0,07	0,25	0,50	0,75	0,93	1,00
Iп2

Контрольные вопросы

 

1. Чем отличается естественный свет от плоскополяризованного и частично поляризованного?

2. Могут ли продольные волны быть плоскополяризованными?

3. Перечислите способы получения поляризованного света.

4. В чем состоит явления двойного лучепреломления?

5. Сформулируйте закон Брюстера.

6. Укажите положение плоскостей поляризации отраженного и преломленного света.

7. Покажите, что отраженный и преломленный лучи при соблюдении условия Брюстера будут взаимно перпендикулярны.

8. Сформулируйте закон Малюса.

9. Почему при любом положении анализатора частично поляризованный свет проходит через него?

Лабораторная работа №5

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ВАКУУМНОГО ФОТОЭЛЕМЕНТА

 

Цель работы: снятие вольт-амперной характеристики фотоэлемента, определение красной границы фотоэффекта, работы выхода электрона и постоянной Планка.

Оборудование: вакуумный фотоэлемент, галогеновая лампа, набор светофильтров, электронный блок приборов: включает микроамперметр, вольтметр, источник питания.

 

Введение

 

Внешним фотоэффектом называют процесс испускания электронов с поверхности металла под действием света. Согласно квантовой теории всякое тело может поглощать и испускать энергию порциями, содержащими целое число элементарных порций – квантов энергии. Энергия фотона ε опреде­ляется законом Планка:

,

где h=6,624∙10^–34 Дж∙с – постоянная Планка, ν – частота падающей волны.

Закон сохранения энергии при неупругом взаимодействии фотона со свободным электроном металла выражается уравнением Эйнштейна:

,

(16)

где A – работа выхода электрона из металла; m – масса электрона, а V – его скорость.

Из уравнения Эйнштейна видно, что максимальная кинетическая энергия фотоэлектрона зависит не от интенсивности света, а от его частоты и работы выхода А. При уменьшении частоты света скорость выбитых электронов уменьшается и при некоторой частоте ν₀ становится равной нулю. Частоту ν₀, ниже которой фотоэффект у данного металла не наблюдается, называют граничной частотой фотоэффекта или красной границей фотоэффекта, при этом:

.

(17)

Вакуумный фотоэлемент представляет собой двух электродный электронно-вакуумный прибор. Электроды выполнены из металла. Катод в основном выполняет из металла с малой работой выхода. Катод облучается светом и с него под действием фотоэффекта выбиваются электроны. Если подать между катодом и анодом ускоряющее напряжение (на анод положительный полюс, а на катод–отрицательный), то в освещенном фотоэлементе потечет электрический ток.

Особенности фотоэлементов определяются их спектральной и вольт-амперной характеристиками. Спектральная характеристика определяет область спектра, в которой может применяться фотоэлемент.

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) фотоэлемента (рис. 13) выражает зависимость фототока I от разности потенциалов U между электродами. С увеличением напряжения между катодом и анодом U фототок растет до определенного предельного значения I_н – тока насыщения, который согласно закону Столетова, пропорционален световому потоку Φ, падающему на катод:

.

(18)

 

Рис. 13. Вольт-амперная характеристика

вакуумного фотоэлемента

 

Фототок полностью прекращается при создании задерживающего напряжения U_з обратной полярности по сравнению с ускоряющим. При U = U_з кинетическая энергия всех фотоэлектронов снижается до нуля под действием электрического поля, т.к. она равна работе, совершаемой полем:

,

(19)

где e – элементарный заряд (заряд электрона).

 

Метод измерений

 

В соответствии с уравнениями (16) и (19) имеем:

.

(20)

Это соотношение указывает на возможность экспериментального определения работы выхода электрона из метала А и постоянной Планка h по зависимости задерживающего потенциала U_з от частоты ν падающего на фотоэлемент света. Согласно уравнению (20) зависимость U_з = f(ν) представляет собой прямую линию (рис. 14) с угловым коэффициентом, равным . На оси ординат прямая отсекает отрезок, равный .

Этот способ определения работы выхода электрона из металла основан на экстраполяции графика U_з = f(ν) на значение ν = 0.

 

Рис. 14. Зависимость задерживающего потенциала