Главная Случайная страница


Категории:

ДомЗдоровьеЗоологияИнформатикаИскусствоИскусствоКомпьютерыКулинарияМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОбразованиеПедагогикаПитомцыПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРазноеРелигияСоциологияСпортСтатистикаТранспортФизикаФилософияФинансыХимияХоббиЭкологияЭкономикаЭлектроника






Построение изображения в собирающей линзе

Изображение предмета в линзах строят с помощью 3-х лучей:

1. Луч, идущий через главный фокус F, после преломления в линзе идет параллельно главной оптической оси.

2. Луч, идущий параллельно главной оптической оси, после преломления в линзе идет через главный фокус F.

3. Луч, идущий через оптический центр линзы, не преломляется.

Для построения изображения достаточно двух лучей из перечисленных трех.

Изображения бывают:

1. действительные и мнимые;

2. увеличенные и уменьшенные;

3. прямые и перевернутые.

Вид изображения зависит от места расположения изображаемого предмета перед линзой.

а) Если предмет находится между главным F и двойным 2F фокусом (Рис. 3), его изображение является действительным, увеличенным, перевернутым. Такой вид изображения используется в увеличителях, проекторах.

Рис.3. Ход лучей от предмета, находящегося между фокусом и двойным фокусом линзы.

б) Если предмет расположен за двойным фокусом 2F, то его изображение действительное, уменьшенное, перевернутое (рис. 4)

Рис.4. Ход лучей от предмета, находящегося за двойным фокусом линзы.

Используется в фотоаппаратах, видеокамерах, кинокамерах.

Рис.5 Ход лучей от предмета, находящегося между фокусом линзы и линзой.

в) Если предмет поместить между фокусом и линзой (рис. 5), (как в лупе), то изображение получается увеличенное, перевернутое, мнимое (рис.5).

 

Ход лучей в микроскопе

 

Микроскоп состоит из объектива Об, перед которым помещается рассматриваемый объект , и окуляра сквозь который рассматривается увеличенное изображение объекта.

Рис.6. Схематическое изображение микроскопа. - предмет, - изображение, создаваемое объективом Об, - мнимое изображение, создаваемое окуляром Ок.

Объектив располагают так, чтобы предмет находился между его фокусом и двойным фокусом, а изображение - между окуляром и фокусом (окуляр должен «действовать» как лупа). Изображение в микроскопе, создаваемое окуляром, получается увеличенным, перевернутым и мнимым.

Увеличением микроскопа называется отношение линейных размеров изображения к линейным размерам предмета. Увеличение обозначается буквой W:

или

где увеличение объектива и окуляра; – размер предмета; – размеры изображения в окуляре. Максимальное увеличение микроскопа не превышает 3000 раз.

Числовая апертура объектива микроскопа. Числовой апертурой в пространстве предметов А называют произведение показателя преломления среды, в которой находится объект, на синус апертурного угла.

.

Как правило, среда, в которой находится объект – воздух с , поэтому . Апертурным углом называется половина угла при вершине конуса лучей, который выходит из осевой точки объекта и опирается на края апертурной диафрагмы (Рис.7).

Рис.7

Числовая апертура может быть определена с помощью диафрагмы 2 и масштабной линейки . Для этого через тубус микроскопа (без окуляра) рассматривают изображение шкалы линейки на фоне светлого отверстия объектива и отсчитывают видимое количество делений α. Зная расстояние h от линейки до диафрагмы, расположенной в предметной плоскости микроскопа, определяют

.

С помощью последней формулы можно перейти к .

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

 

Приборы: микроскоп, дифракционная решетка, миллиметровая линейка. Внешний вид установки представлен на Рис.8.

Рис.8. Описание экспериментальной установки: 1 – штатив, 2 – тубусодержатель, 3 – тубус, 4 – окуляр, 5 – объектив, 6 – кремальера, 7 – микрометрический барабан, 8 – осветительное зеркало, 9 – предметный столик, 10 – стеклянная пластина (или диф. решётка), 11 – зеркальная насадка, 12 – измерительная линейка, 13 – планка крепления.
Рис.9. Изображение линейки на фоне дифракционной решётки

В качестве увеличиваемого объекта используются черно-белые полосы дифракционной решетки (Рис. 9), помещенной на предметный столик 9 перед объективом 5. Ширина каждой черно-белой полосы

(а+b)=0,01 мм,

где а – ширина белой, b – ширина черной полосы. Если n – число черно-белых полос, то n(a+b) – их истинная ширина.

Увеличенное микроскопом изображение полос измеряется линейкой 12. Для совмещения линейки с изображением полос линейку перемещают вдоль планки 13.

 

ПОРЯДОК РАБОТЫ

1. Устанавливают осветительное зеркальце 8микроскопа так, чтобы поле зрения было хорошо освещено. Наблюдают дифракционную решетку 10, глядя в полупрозрачное отверстие 11на зеркале насадки.

2. Поворачивают насадку так, чтобы в зеркале была видна измерительная линейка, и наблюдают изображение линейки, наложенное на изображение дифракционной решетки.

3. Необходимо установить дифракционную решетку и линейку, так чтобы штрихи решетки были перпендикулярны линейке. Для этого поворачивают предметный столик 9 микроскопа или саму насадку и передвигают линейку вдоль планки 13.

4. Считают, сколько делений Nс ценой делениялинейки занимает заданное число пар n черных и белых полос дифракционной решетки. Вычисляют увеличение микроскопа по формуле:

5. Установить на предметный столик диафрагму, настроить микроскоп на ней, а затем вытащить окуляр из тубуса, и расположить линейку под диафрагмой. Определить величины для рабочей формулы и подставить их в неё. Оформить результаты соответствующим образом.

6. Сделать вывод.

№ п/п N, мм Размер изображения n Число полос (a+b), мм W, раз увеличение
      0,01  
среднее зн.        

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

Относительную ошибку определяют по формуле:,

,

где цена деления линейки и - число делений линейки, - число черно-белых полос, - ширина черно-белой полосы.

Абсолютная ошибка:

,

где - среднее значение увеличения, равное

Экспериментальное значение:

 


 

Лабораторная работа № 8

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯННОЙ ПЛАНКА, РАБОТЫ ВЫХОДА ЭЛЕКТРОНОВ И КРАСНОЙ ГРАНИЦЫ ФОТОЭФФЕКТА

 

Вопросы для подготовки

1. Внешний фотоэффект.

2. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.

3. Работа выхода электронов

4. Красная граница фотоэффекта.

5. Задерживающий потенциал.

 

Приборы и оборудование

Сурьмяно-цезиевый фотоэлемент типа СЦВ-3, три светодиода, излучающие волны с длиной 625 нм, 525 нм и 465 нм, соответственно, источник постоянного напряжения от +14 до -14 В.

 

Теоретическая часть

Эйнштейн предложил рассматривать свет, взаимодействующий с электронами вещества при фотоэффекте, не как волну, а как поток «корпускул» или «квантов». Энергия каждого кванта определяется соотношением

,

где - частота света, - постоянная Планка. Это соотношение было впервые введено Планком для объяснения спектров испускания нагретых тел.

В результате освещения металла светом при определенных условиях наблюдается фотоэлектронная эмиссия или внешний фотоэффект. Фотоэлектроны, покидающие металл, обладают широким набором скоростей. Скорость фотоэлектронов при заданной зависит от того, с какого энергетического уровня металла он был «вырван» квантом света. Максимальное значение скорости определяется из уравнения Эйнштейна

где - масса покоя электрона, - работа выхода зависящая от химической природы вещества и состояния его поверхности. Частота , для которой энергия падающего кванта света равна работе выхода , называется красной границей фотоэффекта:

,

, .

В работе используется сурьмяно-цезиевый фотоэлемент типа СЦВ-3, СЦВ-4. На фотоэлемент падает свет, излучаемый светодиодом с определённой длиной волны (Рис. 1а). Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов связана с величиной задерживающего потенциала. Поэтому уравнение Эйнштейна можно представить в виде

где – величина задерживающего потенциала при частоте падающего излучения .

Значение постоянной Планка можно найти, используя излучение разных частот. Излучение светодиода, используемого в экспериментальной установке (Рис. 1а), лежит в узкой области длин волн. Поэтому в экспериментальной установке предусмотрено переключение между разными светодиодами и, следовательно, разными частотами. Для двух частот уравнение для фотоэффекта можно переписать в виде

, ,

где - задерживающий потенциал для частоты . Из данных уравнений следует, что

.

Рис.1. а) Принципиальная схема экспериментальной установки; б) Вольт-амперная характеристика ФЭ.

 

ХОД РАБОТЫ.

 

1. Определить значения задерживающих потенциалов для излучений, для пары светодиодов. Последовательность операций следующая: движком реостата (потенциометра) установить напряжение между анодом и катодом, равное нулю. Поместить один из светофильтров между фотоэлементом и лампой накаливания. Включить лампу накаливания. Путем перемещения движка реостата (подачи отрицательного напряжения между анодом и катодом) добиться, чтобы фототок, возникший при освещении фотоэлемента, стал равным нулю. По вольтметру определить задерживающий потенциал. Измерение задерживающего потенциала для каждого из светодиода провести десять раза. Результаты измерений занести в соотвествующую таблицу.

2. Рассчитать постоянную Планка по формуле для каждой пары экспериментальных значений . Результаты расчета занести в таблицу.

3. Определить работу выхода электрона из фотокатода. Использовать для этих целей среднее значение hср., рассчитанное выше:

,

4. Рассчитать максимальную длину волны излучения, падающую на фотокатод, при которой фототок прекращается. В расчете использовать полученные выше значения hср. и А:


5.

Лабораторная работа № 9

Последнее изменение этой страницы: 2016-07-23

lectmania.ru. Все права принадлежат авторам данных материалов. В случае нарушения авторского права напишите нам сюда...