Материал: Ответы на вопросы к лабам

Период обращения по окружности винта спирали:

Шаг винтовой линии:

По II закону Ньютона:

5. В чем сущность метода электронной фокусировки (метод Буша), используемого в данной работе?

Сущность метода электронной фокусировки (метод Буша) заключается в том, что электроны летящие вдоль оси трубки не испытывают воздействия поля катушки и движутся прямо к экрану. Электроны же, отклоняющиеся от оси трубки, приобретают составляющую скорости, перпендикулярную линиям магнитного поля. Эти электроны «закручиваются» в сторону оси трубки. Напряженность магнитного поля должна быть подобрана такой, чтобы электроны встречались в одной точке на поверхности экрана. Это достигается регулировкой постоянного тока, питающего катушку.

6. Получите рабочую формулу для определения e/m.

тогда выразим e/m:

7. Нарисуйте схему экспериментальной установки и объясните принцип ее работы в компьютерной модели.

Р абота должна проводиться в строгой последовательности:

1. ознакомление с рекомендациями

2. параметры установки

3. состояние аппаратуры

4. анодное напряжение

5. формирование пучка

6. переключатель П

8. Каков порядок выполнения работы и обработки результатов компьютерного эксперимента?

• запустить программу; записать данные величины; определить число витков соленоида; рассчитать константу

• определить пределы измерения ,цену деления шкал амперметра и вольтметра; оценить абсолютные погрешности измерения силы тока в соленоиде и ускоряющей разности потенциалов

• включить высоковольтный и низковольтный источники,замкнуть ключ

• записать значения силы тока, уменьшив ток до минимума, внести значение в таблицу

• рассчитать средние значения “фокусировки” тока,средние значение e/m

• рассчитать абсолютную погрешность доверительного интервала

• сравнить полученный доверительный интервал с табличным значением для e/m

Контрольные вопросы О-23:

1. Что такое полосы равной толщины и равного наклона? Где они локализованы?

Полосы равной толщины-интерференционные полосы, наблюдаемые при освещении тонких оптически прозрачных слоев (пленок) переменной толщины пучком параллельных лучей и обрисовывающие линии равной оптической толщины. Полосы равной толщины локализованы вблизи поверхности пленки.

Полосы равного наклона-интерференционные полосы, возникающие в результате наложения лучей, падающих на плоскопараллельную пластинку под одинаковыми углами. Полосы равного наклона локализованы в бесконечности.

2. П роведите расчет интерференционной картины в тонкой пленке

△=луч2-луч1=nL

△=n(AB+BC)-1AD

cosβ=d/△B

AB=d/cosβ

sinα/sinβ=n/1→sinβ=sinα/n

cosβ=

AB=BC

tgβ=HB/d→HB=dtgβ=AF

AC=2AF=2dtgβ

sinα=AD/AC +AD=ACsinα

△=

3. Что называется временем когерентности немонохроматической волны?

Время когерентности – время, по истечении которого разность фаз волны в некоторой, но одной и той же точке пространства изменяется на π.

4. Что называется длиной когерентности?

Длина когерентности есть расстояние, при прохождении которого две или несколько волн утрачивают когерентность.

5. Почему для немонохроматического света число видимых интерференционных колец будет ограниченным? От чего будет зависеть это число?

У немонохроматического света длина когерентности очень невелика. А интерференционную картину можно наблюдать при разности хода, не превышающей эту длину.

6. Объясните, почему расстояние между кольцами изменяется с изменением радиуса кривизны линзы при неизменной длине волны?

Между радиусом кривизны линзы R, толщины воздушного зазора h и радиусов кольца Ньютона r существует строгое геометрическое соотношение: .

7. Как изменяется картина колец Ньютона, если воздушный зазор между линзой и пластиной заполнить водой?

Радиус колец будет уменьшаться, так как увеличивается показатель преломления света.

8. Почему в отраженном свете в центре наблюдается темное кольцо?

При отражении света происходит изменение разности хода на половину длины волны, из-за этого вместо максимума в центре интерференционной картины мы наблюдаем минимум, то есть темное пятно.

9. Как изменяется картина колец Ньютона, если наблюдение проводить в проходящем свете?

При наблюдении колец Ньютона в проходящем свете картина обратная — пятно в центре светлое, все темные кольца заменяются светлыми.

10. Почему масляное пятно на поверхности жидкости имеет радужную окраску?

Из-за интерференции в тонких пленках. Это взаимодействие световых волн: отраженной от первой поверхности и прошедшей ее и отраженной от второй. Сравнительно стабильная толщина масляной пленки обеспечивает устойчивое значение фазового набега между этими волнами, при этом малая толщина обеспечивает малую величину этого набега, т. е. позволяет волнам сохранить взаимную когерентность. Что и необходимо проявления интерференционных эффектов.

11. Объясните, как явление интерференции света в тонких пленках используется для просветления оптики?

Из-за уменьшения отражения света от поверхности линзы в результате нанесения на нее специальной пленки с показателем преломления меньше, чем у стекла (просветление оптики).

Контрольные вопросы О-2:

1. Что такое дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля?

Дифракция света-явление отклонения света от прямолинейного направления распространения при прохождении вблизи препятствий. При дифракции световые волны огибают границы непрозрачных тел и могут проникать в область геометрической тени.

Принцип Гюйгенса-Френеля: каждая точка волнового фронта является источником вторичных волн. Дифракционная картина является результатом интерференции вторичных световых волн.

2. Метод зон Френеля и его применение для анализа дифракционной картины.

Зона Френеля — это цилиндрический эллипс, проведенный между передатчиком и приемником. Размер эллипса определяется частотой работы и расстоянием между двумя участками.

Нужен для расчета распространения волнового фронта. Метод зон Френеля позволяет сравнительно просто найти интенсивность света только в точке, лежащей на оси круглого отверстия на экране.

3. Дифракция Фраунгофера на одиночной щели. Условие наблюдения дифракционных минимумов.

Дифракция Фраунгофера наблюдается в том случае, когда источник света и точка наблюдения бесконечно удалены от препятствия, вызвавшего дифракцию.

Условие минимума при дифракции Френеля: если число зон Френеля четное ,то в точке наблюдается дифракционный минимум.

4. Дифракционная решетка. Период решетки. Характер дифракционной картины. Условия наблюдения дифракционных минимумов.

Дифракционная решетка представляет собой совокупность большого числа N одинаковых по ширине и параллельных друг другу полей, разделенных непрозрачными промежутками, равные по ширине.

Дифракционная картина на решетке определяется как результат взаимной интерференции волн, идущих от всех щелей, т.е. в дифракционной решетке осуществляется многолучевая интерференция. Т.к. щели находятся друг от друга на одинаковых расстояниях, то разности хода лучей, идущих от двух соседних щелей, будут для данного направления φ одинаковы в пределах всей дифракционной решетки ; b — ширина щели ; а — ширина непрозрачного участка.

В направлениях, в которых наблюдается минимум для одной щели, будут минимумы и в случае N щелей, т.е. условие главных минимумов дифракционной решетки будет аналогично условию минимумов для щели:

5. Дифракционная решетка как спектральный прибор. Угловая дисперсии и разрешающая способность решетки.

С увеличением числа щелей растет интенсивность главных максимумов, ибо возрастает количество пропускаемого решеткой света, но самое существенное изменение, вызванное большим количеством щелей, состоит в превращении расплывчатых главных максимумов в резкие, узкие максимумы.

Дифракционная решетка, как и всякий спектральный прибор, характеризуется дисперсией и разрешающей способностью.

За меру дисперсии принимается угловое расстояние между двумя линиями, отличающимися по длине волне на 1Å. Если двумя линиями, отличающимися по длине на соответствует разнице в углах, равная то мерой дисперсии будет выражение: .

Разрешающая способность решетки характеризуется возможностью отличить наличие двух близких волн (разрешить две длины волны). Обозначим через минимальный интервал между двумя волнами, которые могут быть разрешены данной дифракционной решеткой. За меру разрешающей способности решетки принято считать отношение длины волны, около которой выполняется измерение, к указанному минимальному интервалу ,то есть , где — порядок спектра; N —общее число щелей решетки.

Контрольные вопросы КФ-10:

1. Что такое фотоны?

Фотоны — это частицы (кванты), поток которых является одной из моделей электромагнитного излучения (ЭМИ).

2. Назовите все модели электромагнитного излучения.

• луч-линия распространения ЭМИ (геометрическая оптика)

• волна-гармоническая волна, имеющая амплитуду и определенную длину волны или частоту (волновая оптика)

• поток частиц (фотонов) используется для объяснения многих эффектов, на которых основана квантовая теория строения вещества

3. Какую модель надо применять для электромагнитного излучения, падающего на фотоэлемент?

Поток частиц (фотонов).

4. Какую модель надо применять для электромагнитного излучения, проникающего в фотокатод и взаимодействующего со свободными электронами металла?

Волна.

5. Какова модель металла, взаимодействующего с электромагнитным излучением при описании фотоэффекта?

Поток частиц

6. Напишите формулу энергии фотона.

[ν-частота излучения; h — постоянная Планка (6,62⋅10^(-34) Дж⋅с) ]

7. Какова скорость движения фотона в металле?

8. Напишите формулу, связывающую энергию фотона и его массу.

соотношение Эйнштейна: .

9. Напишите выражение энергии фотона через его импульс.

,

λ — длина волны ЭМИ

10. Дайте формулировку явления внешнего фотоэффекта.

Внешний фотоэффект есть явление вылета электронов из вещества(металла) при его облучении электромагнитным излучением (ЭМИ), например, светом.

11. Опишите, что происходит с фотоном, падающим на границу металла.

Фотон, падающий на границу металла, поглощается свободным электроном, отдавая ему всю свою энергию.

12. Опишите, что происходит со свободным электроном металла после его взаимодействия с фотоном.

Кинетическая энергия электрона внутри вещества увеличивается на , но при вылете фотоэлектрона из вещества им совершается работа (работа выхода) против сил электростатического притяжения к металлу. Таким образом сообщенная электрону фотоном дополнительная энергия уменьшается на величину, равную работе выхода из металла(фотокатода), а оставшаяся часть имеет вид кинетической энергии фотоэлектрона вне металла (фотокатода).