- •Часть 2
- •Введение
- •1.1 Общие требования
- •1.2. Требования по технике безопасности перед началом работ
- •1.3. Требования по технике безопасности при выполнении работ
- •1.4 Требования по технике безопасности при работе с источниками излучения
- •1.5 Требования по технике безопасности в аварийных ситуациях
- •1.6. Требования по технике безопасности по окончании работ
- •1.7 Меры пожарной безопасности
- •2 Указания по составлению отчёта
- •2.1 Содержание отчета
- •Лабораторная работа № 2.1 Измерение длины световой волны с помощью дифракционной решётки
- •Физическое обоснование эксперимента
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2.2
- •Краткие теоретические сведения
- •Лабораторная работа № 2.3
- •Краткие теоретические сведения
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2.4
- •Краткие теоретические сведения
- •Лабораторная работа № 2.5
- •Краткие теоретические сведения
- •Порядок выполнения работы
- •1. Построение градуировочного графика спектроскопа и определение неизвестной длины волны свет:
- •2. Определение угловой дисперсии спектроскопа:
- •3. Обработка результатов измерений:
- •Лабораторная работа № 2.6 Определение удельного вращения и концентрации раствора сахара с помощью макета поляриметра
- •Краткие теоретические сведения
- •Лабораторная работа 2.7 Дифракционные явления на трёхмерных структурах
- •Краткие теоретические сведения
- •Лабораторная работа 2.8 Законы теплового излучения
- •Краткие теоретические сведения
- •Законы смещения Вина.
- •1. Длина волны, на которую приходится максимум в спектре излучения чёрного тела, обратно пропорциональна температуре
- •Закон Рэлея-Джинса. Исходя из представлений статистической физики о равномерном распределении энергии по степеням свободы, Рэлей и Джинс получили формулу:
- •Методика расчета
- •Лабораторная работа 2.9 Определение ширины запрещённой зоны по спектру люминесценции
- •Краткие теоретические сведения
- •Лабораторная работа № 2.10 Исследование температурной зависимости удельного сопротивления меди и кремния
- •Краткие теоретические сведения
- •1.1. Электрический ток в металлах и полупроводниках
- •1.2. Температурная зависимость электропроводности металлов и полупроводников
- •2. Схема установки
- •3. Порядок измерений
- •4. Обработка результатов измерений
- •4.1. Определение параметров температурной зависимости меди
- •4.2. Вычисление энергии активации атомов кремния
- •5.3. Обработка экспериментальных данных методом наименьших квадратов
- •5. Контрольные вопросы
- •2. -Распад
- •3. Ослабление излучения
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Литература
Лабораторная работа 2.7 Дифракционные явления на трёхмерных структурах
Цель работы:
изучение дифракции на многих беспорядочно расположенных частицах.
расчет диаметра частиц, на которых наблюдается дифракция.
Приборы и оборудование: лазер, образец.
Краткие теоретические сведения
Дифракция на пространственных неоднородностях представляет особый интерес, связанный с большим практическим значением явления. В этом случае волна распространяется не в однородной среде, а в среде, в которую включены участки, где скорость волны отличается от скорости в остальных частях среды, т.е. участки с иным показателем преломления.
Такого рода явления наблюдаются в большом масштабе в природе. Сюда относится, прежде всего, распространение света в тумане. Именно такая практическая задача и дала первый повод для детального изучения этого явления (Тиндаль, 1868 г.). Явление дифракции на пространственных неоднородностях играет большую роль в метеорологической оптике, обусловливая появление кругов и колец вокруг Солнца и Луны (так называемое гало и венцы). Происхождение их объясняется преломлением и дифракцией солнечных или лунных лучей на мелких частицах, взвешенных в воздухе.
Явление дифракции на пространственных препятствиях или неоднородностях легко наблюдать в тех случаях, когда число таких неоднородностей очень велико, а размеры их незначительны
Если структура состоит из частиц, близких по размерам и форме, но всевозможно ориентированных (запыленная пластинка, морозные узоры на стекле), то такая структура эквивалентна совокупности простых решеток всех возможных ориентировок, а соответствующая дифракционная картина представится в виде ряда концентрических кругов. Явление легко наблюдать, рассматривая небольшой яркий источник света сквозь такую пластинку.
В лабораторной работе рассматривается дифракция лазерного луча на большом числе одинаковых частиц, случайным образом расположенных на пластинке, помещенной перпендикулярно к пучку света. В качестве частиц использованы споры ликоподия, имеющие форму шариков практически одинаковых размеров.
Дифракционная картина на экране имеет такой же вид, как и в случае дифракции на одной частице, но усилена пропорционально числу частиц, которые создают дифракционную картину. Взаимная интерференция лучей, дифрагированных на разных частицах, отсутствует именно из-за случайности положения частиц. В центре дифракционной картины находится пятно от лучей, не испытавших дифракции на частицах.
Схема установки изображена на рисунке 7.1.
Угловой радиус первого дифракционного минимума
,
где – длина волны излучения, d – диаметр частиц, на которых наблюдается дифракция. Внутри центрального максимума распространяется 98% дифрагированного излучения.
Учитывая, что для малых углов , из рисунка можно получить соотношение
,
где L – расстояние от пластинки до экрана, а D – диаметр первого тёмного дифракционного кольца.
Сравнивая формулы и , получим формулу для вычисления диаметра частиц d, на которых наблюдается дифракция:
.
Для полупроводникового лазера, используемого в работе длина волны излучения равна .
Порядок выполнения работы:
Поместить пластинку, на поверхности которой находится шарообразные частицы, между экраном и лазером.
Измерить расстояние L между экраном и пластинкой.
Измерить диаметр D тёмного кольца на дифракционной картине.
Вычислить диаметр частиц по формуле .
Результаты измерений и расчёта занести в таблицу.
Повторить измерения для других значений L.
Таблица результатов измерений и вычислений
, мкм |
L, мм |
D, мкм |
d, мм |
0,675 |
|
|
|
Контрольные вопросы
Объясните появление кругов и колец вокруг Солнца и Луны, которые можно наблюдать при легкой дымке на небе.
Почему в центре дифракционной картины от одной частицы всегда будет наблюдаться максимум?
Как соотносятся размеры частиц и длина волны света, испытывающего дифракцию?