Лабораторная работа №10 (часть 2)


НазваниеЛабораторная работа №10 (часть 2)
страница10/11
Дата публикации03.07.2013
Размер1.15 Mb.
ТипЛабораторная работа
userdocs.ru > Физика > Лабораторная работа
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11

Вариант 11.

На каком расстоянии друг от друга будут находиться на экране две линии ртутной дуги (1 = 560 нм и 2 = 580 нм) в спектре первого порядка, полученном при помощи дифракционной решетки с периодом d = 0,014 мм. Фокусное расстояние линзы, проектирующей спектр на экран, равно F = 50 см.
Вариант 12.

На каком расстоянии друг от друга будут находиться две линии ( 1 = 589 нм и 2 = 597 нм) спектра первого порядка на фотографическом негативе спектрографа, если спектрограф имеет дифракционную решетку с периодом d = 0,013 мм при объективе с фокусным расстоянием F = 50 см?


Теперь можно перейти к четвертой части лабораторной работы.
^ Лабораторная работа № 17 (часть 4).

Дифракционный предел разрешения.
7. Краткая теория
bm183
Если параллельный пучок света от удаленного точечного источника проходит через отверстие в непрозрачном экране, то вследствие дифракции пучок перестает быть параллельным: он испытывает дифракционное расширение. В фокальной плоскости линзы, поставленной за экраном, изображение источника окажется размытым из-за дифракции. В случае круглого отверстия дифракционное изображение будет состоять из центрального светлого пятна и окружающих его концентрических колец.

Радиус центрального пятна в фокальной плоскости линзы равен

bm184,

где - длина световой волны, D - диаметр отверстия, F - фокусное расстояние.

Если лучи света от удаленного источника падают на линзу непосредственно, то роль экрана выполняет оправа линзы. В этом случае под D нужно понимать диаметр линзы.

Дифракционное пятно уширяется при увеличении длины волны и при уменьшении диаметра линзы D.

Дифракционный характер изображений ограничивает возможности оптических инструментов. Например, дифракционные изображения двух близких звезд в фокальной плоскости объектива телескопа могут сильно перекрыться, так что невозможно будет различить, наблюдаются две звезды или одна.

Если в объектив телескопа попадает свет от двух звезд, расположенных на угловом расстоянии , то в фокальной плоскости линзы диаметра D с фокусным расстоянием F центры дифракционных изображений звезд будут отстоять друг от друга на расстоянии l = F (при малых углах ). Если это расстояние равно радиусу r центрального дифракционного пятна, то дифракционные картины сильно перекрываются, так что визуально трудно отличить изображение двух звезд от изображения одиночной звезды. В соответствии с этим условным критерием (критерий Релея) величина
bm185

называется дифракционным пределом разрешения линзы.

Аналогичным образом волновая природа света налагает предел на возможность различения близких деталей объекта, наблюдаемого в микроскоп.
^ 8. Исследование дифракционного предела разрешения линзы
Компьютерная модель позволяет оценить дифракционный предел разрешения линзы с фокусным расстоянием F = 20 см.
^ Контрольное задание 4
Теперь вам необходимо выполнить указанный преподавателем вариант следующего задания, используя для измерений компьютерную модель. Полученные результаты нужно занести в лабораторную тетрадь.
Вариант 1.

Диаметр объектива телескопа D = 3 см. Каково наименьшее угловое расстояние между двумя звездами, дифракционные изображения которых в фокальной плоскости объектива с F = 20 см получаются раздельными? При малой освещенности глаз человека наиболее чувствителен к свету с длиной волны  = 500 нм.
Вариант 2.

На шпиле высотного здания укреплены одна под другой две красные лампочки ( = 640 нм). Расстояние между лампочками d = 45 см. Здание рассматривают ночью в телескоп с расстояния S = 15 км. Определить наименьший диаметр объектива, при котором в его фокальной плоскости (F = 20 см) получатся раздельные дифракционные изображения лампочек.
Вариант 3.

Какова должна быть минимальная длина отрезка на Луне и Солнце, чтобы его изображение в зрительной трубе с диаметром объектива D = 3 см и фокусным расстоянием F = 20 см можно было отличить от изображения точки? Расстояние до Луны - S = 0,384 Гм, до Солнца - S = 149 Гм.  = 500 нм.
Вариант 4.

Каково должно быть минимальное расстояние между точками на поверхности Марса, чтобы их изображения в телескопе с диаметром объектива в D = 3 см и фокусным расстоянием F = 20 см при  = 500 нм можно было отличить от изображения одной точки? Считать, что Марс наблюдается в момент великого противостояния, когда расстояние до него от Земли минимально и составляет 56 Гм.
Вариант 5.

В зрительную трубу рассматривается лунная поверхность. Диаметр объектива трубы D = 2,8 см, фокусное расстояние F = 20 см. При каком минимальном расстоянии d между двумя кратерами их можно увидеть раздельно? Длину световой волны принять равной  = 600 нм. Расстояние до Луны - S = 0,384 Гм.
Вариант 6.

Имеется зрительная трубка с диаметром объектива D = 2,7 см и фокусным расстоянием F = 20 см. Определить минимальное расстояние d между двумя точками, находящимися на расстоянии S = 3 км от трубы, которое она может разрешить. Считать  = 550 нм.
Вариант 7.

Вычислить минимальное расстояние d между двумя точками на Луне, которое можно разрешить трубой с диаметром D = 2,9 см и фокусным расстоянием F = 20 см. Считать, что  = 550 нм. Расстояние до Луны - S = 0,384 Гм.
Вариант 8.

Сколь малым может быть угловое расстояние между двумя звездами, если их изображения едва разрешаются трубой, диаметром D = 3 см с фокусным расстоянием F = 20 см? Длину световой волны примите равной  = 500 нм.
Вариант 9.

На шпиле высотного здания укреплены одна под другой две зеленые лампочки ( = 550 нм). Расстояние между лампочками d = 29 см. Здание рассматривают ночью в зрительную трубу с расстояния S = 10 км. Определить наименьший диаметр объектива, при котором в его фокальной плоскости (F = 20 см) получатся раздельные дифракционные изображения лампочек.
Вариант 10.

В зрительную трубу рассматривается лунная поверхность. Диаметр объектива трубы D = 3 см, фокусное расстояние F = 20 см. При каком минимальном расстоянии d между двумя кратерами их можно увидеть раздельно? Длину световой волны принять равной  = 500 нм. Расстояние до Луны - S = 0,384 Гм.
Вариант 11.

Имеется зрительная трубка с диаметром объектива D = 2,7 см и фокусным расстоянием F = 20 см. Определить минимальное расстояние d между двумя точками, находящимися на расстоянии S = 10 км от трубы, которое она может разрешить. Считать  = 500 нм.
Вариант 12.

Сколь малым может быть угловое расстояние между двумя звездами, если их изображения едва разрешаются трубой, диаметром D = 2,8 см с фокусным расстоянием F = 20 см? Длину световой волны примите равной  = 600 нм.

Теперь можно перейти к пятой части лабораторной работы.

^ Лабораторная работа № 17 (часть 5).
Контрольное задание повышенной сложности.
В следующих вариантах задания из-за ограниченности компьютерной модели необходимо использовать формулу для дифракционного предела разрешения линзы bm185.
Вариант 1.

О зоркости хищных птиц ходят баснословные рассказы. Оцените, на основе дифракционных соображений, может ли орел, летающий над землей на высоте S = 1 км, разглядеть мышонка размером в d = 2 см, или он сможет только обнаружить его присутствие? Как соотносятся при диаметре зрачка D = 1 см - минимальный угол, под которым орел может видеть раздельно 2 точки предмета, и угловые размеры мышонка.
Вариант 2.

Можно ли различить невооруженным глазом два находящихся на расстоянии S = 2 км столба, отстоящих друг от друга на d = 1 м? Диаметр зрачка принять равным D = 4 мм.
Вариант 3.

В растровом рисунке изображение образовано точками различной насыщенности (т.е. разной "жирности"). Начиная с какого расстояния S глаз перестанет различать отдельные точки и рисунок будет выглядеть как непрерывный переход от более светлых мест к более темным, если число точек на 1 см3 равно 2500. Диаметр зрачка принять равным D = 4 мм, а длину волны равной  = 600 нм.
Вариант 4.

Диаметр D зрачка человеческого глаза может меняться от 2 до 8 мм. Чем объяснить, что максимальная острота зрения имеет место при диаметре зрачка 2-4 мм?
Вариант 5.

Средний человеческий глаз может видеть на расстоянии S = 10 м раздельно два параллельных штриха на белой бумаге, отстоящих друг от друга на d = 3 мм. При остром зрении расстояние между раздельно видимыми штрихами уменьшается до d = 2 мм. Соответствуют ли эти данные разрешающей способности глаза. Принять для расчета диаметр зрачка равным d = 3 мм, длину световых волн  = 600 нм.

Вариант 6.

Две фары приближающегося автомобиля расположены на расстоянии d = 1,2 м друг от друга. На каком расстоянии S глаз наблюдателя сможет воспринять их по отдельности? Примите диаметр зрачка равным D = 5 мм и длину волны, равной  = 550 нм. Допустите также, что это расстояние определяется только дифракционными эффектами на круглой апертуре зрачка.
Вариант 7.

Оцените минимальное расстояние d между двумя точками на поверхности Луны, которые можно различать с помощью телескопа с диаметром объектива D = 15 см. Наблюдение проводится в свете с длиной волны  = 550 нм. Расстояние до Луны принять равным S = 0,384 Гм.

Контрольные вопросы


  1. Что называется дифракцией света?

  2. При каких условиях можно наблюдать дифракцию света?

  3. Сформулируйте принцип Гюйгенса-Френеля.

  4. Что такое зоны Френеля?

  5. Что такое пятно Пуассона?

  6. Как устроена дифракционная решетка?

  7. Какова роль линзы в опытах с дифракционной решеткой?

  8. Что называют порядком дифракционного максимума?

  9. Напишите формулу дифракционной решетки.

  10. Что такое дифракционный предел разрешения?

  11. Сформулируйте критерий Релея.



Лабораторная работа № 18 (часть 1).

Фотоэффект.
^ 1. Краткая теория
bm192
Фотоэффектом называют вырывание электронов из вещества под действием света. Фотоэффект был открыт Г.Герцем (1887 г.). Теория фотоэффекта была развита А.Эйнштейном (1905 г.) на основе квантовых представлений. Классическая волновая теория света оказалась неспособной объяснить закономерности этого явления.

Согласно квантовых представлений свет излучается и поглощается отдельными порциями (квантами), энергия Е которых пропорциональна частоте

E=h,
где bm193^ Дж*c - постоянная Планка.

Чтобы вырвать электрон из вещества, нужно сообщить ему энергию, превышающую работу выхода А. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектрона определяется согласно Эйнштейну уравнением
bm194.

Это уравнение объясняет основные закономерности фотоэффекта:

1. Количество электронов, вырываемых с поверхности металла в секунду, прямо пропорционально световому потоку ^ Р.

2. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с частотой света и не зависит от падающего светового потока.

Если между фотокатодом и анодом вакуумного фотоэлемента создать электрическое поле, тормозящее движение электронов к аноду, то при некотором значении задерживающего напряжения bm195 анодный ток прекращается. Величина bm195 определяется соотношением

bm196.
Если частота света меньше некоторой определенной для данного вещества минимальной частоты bm197, то фотоэффект не происходит ("красная граница фотоэффекта")
bm198, или bm199.

У щелочных металлов красная граница лежит в диапазоне видимого света.
^ 2. Исследование фотоэффекта
Компьютерная модель, которая используется в работе, соответствует установке для наблюдения фотоэффекта в условном веществе с одним и тем же определенным значением работы выхода (цезий; бериллий, покрытый слоем цезия; платина, покрытая слоем бария; вольфрам, покрытый слоем калия; вольфрам, покрытый слоем оксида бария; карбид гафния и др.).
^ Контрольное задание 1
Теперь вам необходимо выполнить указанный преподавателем вариант следующего задания. Полученные результаты нужно занести в лабораторную тетрадь. При вычислениях следует принять 1 эВ = 1,6*10-19 Дж.
Вариант 1.

Определить красную границу фотоэффекта max и работу выхода A электронов для вещества, используемого в компьютерной модели.
Вариант 2.

Будет ли иметь место фотоэфект, если на поверхность тонкой пленки оксида бария, покрывающей вольфрам, направить лучи длиной волны  = 650 нм.
Вариант 3.

Какая доля энергии фотона E израсходована на работу A вырывания фотоэлектрона с поверхности цезия, если максимальная кинетическая энергия фотоэлектрона bm196= 1,27 эВ? Чему равна длина волны фотона?
Вариант 4.

На поверхность пленки цезия, покрывающей бериллий, падает монохроматический свет ( = 400 нм). Измерить:

1) энергию фотона E;

2) какую необходимо приложить минимальную задерживающую разность потенциалов U0, чтобы прекратить фототок;

3) работу выхода ^ A фотоэлектрона.
Вариант 5.

На платиновую пластинку, покрытую сверху тонким слоем бария, падают световые лучи. Для прекращения фототока нужно приложить задерживающую разность потенцалов U0 = - 0,8 В. Определить:

1) энергию фотона E;

2) длину волны света ;

3) работу выхода A электронов с поверхности этой пластинки.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11

Похожие:

Лабораторная работа №10 (часть 2) iconЛабораторная работа №3
Цель занятия: Работа в программе Проводник. Работа в системе окон Мой компьютер; быстрый поиск объектов; настройки пользовательского...
Лабораторная работа №10 (часть 2) iconЛабораторная работа 2012. Фэф часть 1
Перед выполнением лабораторной работы необходимо изучить «Методические указания к выполнению лабораторной работы по дисциплине «Статистика»,...
Лабораторная работа №10 (часть 2) iconЛабораторная работа №1
Работа в интегрированной среде borland pascal на примере программ линейной структуры
Лабораторная работа №10 (часть 2) iconЛабораторная работа Работа с почтовым клиентом
Майкрософт. Office Outlook 2010 помогает пользователям лучше распоряжаться временем и информацией, устанавливать любые контакты,...
Лабораторная работа №10 (часть 2) iconЛабораторная работа № Работа с массивами и записями
Получить представление о том, что такое массив и научиться разрабатывать алгоритмы решения задач с использованием массивов в среде...
Лабораторная работа №10 (часть 2) iconЛабораторная работа 3 Теоретическая часть
Оборотные средства — это совокупность оборотных производственных фондов и фондов обращения в денежном выражении. Эти составные части...
Лабораторная работа №10 (часть 2) iconЛабораторная работа №6 Работа с отчетами
Получить практические навыки работы с отчетами в бд microsoft Office Access 2003, научиться создавать отчеты и задавать параметры...
Лабораторная работа №10 (часть 2) iconЛабораторная работа №9 Тема: Построение модели межотраслевого баланса
Каждая отрасль является «чистой» − это условная отрасль, которая объединяет все производство данного продукта независимо от ведомственной...
Лабораторная работа №10 (часть 2) iconЛабораторная работа

Лабораторная работа №10 (часть 2) icon1 Работа в среде Visual Studio. Net 200 Часть II. Программирование на vb – первый уровень 200
Работа с мышью и клавиатурой 201 Часть III. Программирование на vb второй уровень 201
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2015
контакты
userdocs.ru
Главная страница