Сегодня на уроке

 Фотоэлектрический эффект. Уравнение фотоэффекта.

Фотоэлектрический эффект

Фотоэффектом называется явление взаимодействия электромагнитного излучения с веществом, в результате которого энергия излучения передается электронам вещества. Если фотоэффект сопровождается вылетом электронов с поверхности вещества, то его называют внешним фотоэффектом или фотоэлектронной эмиссией, а вылетающие электроны - фотоэлектронами. Если фотоэффект не сопровождается вылетом электронов с поверхности вещества, то его называют внутренним.

Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта

На основе квантовых представлений Эйнштейн объяснил фотоэффект. Электрон внутри металла после поглощения одного фотона получает порцию энергии и стремится вылететь за пределы кристаллической решетки, т.е. покинуть поверхность твердого тела. При этом часть полученной энергии он израсходует на совершение работы по преодолению сил, удерживающих его внутри вещества. Остаток энергии будет равенкинетической энергии электрона:

Законы внешнего фотоэффекта

Столетовым Александром Григорьевичем (1839 - 1896) экспериментально были установлены законы внешнего фотоэффекта.

Первый закон фотоэффекта: фототок насыщения - максимальное число фотоэлектронов, вырываемых из вещества за единицу времени, - прямо пропорционален интенсивности падающего излучения.

Увеличение интенсивности света означает увеличение числа падающих фотонов, которые выбивают с поверхности металла больше электронов.

Второй закон фотоэффекта: максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего излучения и линейно возрастает с увеличением частоты падающего излучения.

Известно, что фототоком можно управлять, подавая на металлические пластины различные напряжения. Если на систему подать небольшое напряжение обратной полярности, "затрудняющее" вылет электронов, то токуменьшится, так как фотоэлектронам, кроме работы выхода, придется совершать дополнительную работу против сил электрического поля. Максимальная кинетическая энергия электронов выражается через задерживающее напряжение:

Третий закон фотоэффекта: для каждого вещества существует граничная частота такая, что излучение меньшей частоты не вызывает фотоэффекта, какой бы ни была интенсивность падающего излучения. Эта минимальная частота излучения называется красной границей фотоэффекта.

Для большинства веществ фотоэффект возникает только под действием ультрафиолетового излучения. Однако некоторые металлы, например, литий, натрий и калий, испускают электроны и при облучении видимым светом.

??? Вопросы

1. Кто открыл явление фотоэлектрического эффекта?

2. Дайте определение фотоэффекта?

3. Кто проводил опыты по фотоэффекту и открыл законы фотоэффекта?

4. Кто объяснил явление фотоэффекта. Уравнение фотоэффекта?

5. Что такое красная граница фотоэффекта?

Сегодня на уроке

 

Линзы. Формула тонкой линзы. Оптическая сила линзы. Увеличение.

Линза - это прозрачное тело, ограниченное с двух сторон сферическими поверхностями.
Линзы бывают выпуклые и вогнутые.
Выпуклые линзы - делятся на 

1. двояковыпуклые
2. плоско-выпуклые
3. вогнуто-выпуклые

Все эти линзы относятся к собирающим линзам, т.е.  это линзы, у которых лучи после преломления собираются в одной точке, которая называется фокусом линзы.

Вогнутые линзы - делятся на

1. двояковогнутые
2. плоско-вогнутые
3. выпукло-вогнутые

Все эти линзы относятся к рассеивающим, т.е. это линзы, у которых лучи после преломления идут расходящимся пучком.

Иными словами, собирающие линзы - это линзы, у которых середина толще чем края, а рассеивающие линзы - это линзы у которых середина тоньше чем края.

Собирающие линзы используются для коррекции - дальнозоркости, а рассеивающие, для коррекции - близорукости.

Формула тонкой линзы

Формула тонкой линзы связывает d (расстояние от предмета до оптического центра линзы), f (расстояние от оптического центра до изображения) с фокусным расстоянием F (рис. 101).

Треугольник АВО подобен треугольнику OB₁A₁. Из подобия следует, что

Треугольник OCF подобен треугольнику FB₁A₁. Из подобия следует, что

Это и есть формула тонкой линзы.

Расстояния F, d и f от линзы до действительных точек берутся со знаком плюс, расстояния от линзы до мнимых точек - со знаком минус.

Отношение размера изображения Н к линейному размеру предмета h называют линейным увеличением линзы Г.

Оптическая сила линзы — величина, обратная к фокусному расстоянию линзы.  

В системе СИ оптическая сила измеряется в диоптриях — (дптр) .

Одна диоптрия — это оптическая сила линзы, фокусное расстояние которой равно 1 м. Для собирающей линзы, оптическая сила будет положительной, а вот для рассеивающей линзы, она отрицательна.

???Вопросы

1. Что называют линзой?
2. Какие бывают линзы?
3. Какие линзы называют собирающими?
4. Назовите типы собирающих линз?
5. Какие линзы называют рассеивающими?
6. Назовите типы рассеивающих линз?
7. Какие линзы используются для коррекции близорукости?
8. Какие линзы используются для коррекции дальнозоркости?
9. Запишите формулу тонкой линзы? Собирающей?
10. Запишите формулу тонкой линзы? Рассеивающей?
11. Что называют оптической силой линзы? Формула?
12. Что называют увеличением линзы? Формула?

Сегодня на уроке

 

Дисперсия света.

До второй половины XVII века не было полной ясности, что же такое цвет. Некоторые ученые говорили, что это свойство самого тела, некоторые заявляли, что это различные сочетания светлого и темного, тем самым путая понятия цвета и освещенности. Такой цветовой хаос царил до того времени, пока Исаак Ньютон не провел опыт по пропусканию света сквозь призму (рис. 1).

Рис. 1. Ход лучей в призме (Источник)

Вспомним, что луч, проходящий через призму, терпит преломление при переходе из воздуха в стекло и потом еще одно преломление – из стекла в воздух. Траектория луча описывается законом преломления, а степень отклонения характеризуется показателем преломления. Формулы, описывающие эти явления:

  = n;  ;    =  

Рис. 2. Опыт Ньютона (Источник)

В темной комнате сквозь ставни проникает узкий пучок солнечного света, на его пути Ньютон разместил стеклянную трехгранную призму. Пучок света, проходя через призму, преломлялся в ней, и на экране, стоявшем за призмой, появлялась разноцветная полоса, которую Ньютон назвал спектром (от латинского «spectrum» – «видение»). Белый цвет превратился сразу во все цвета (рис. 2). Какие же выводы сделал Ньютон?

1. Свет имеет сложную структуру (говоря современным языком – белый свет содержит электромагнитные волны разных частот).

2. Свет различного цвета отличается степенью преломляемости (характеризуется разными показателями преломления в данной среде).

3. Скорость света зависит от среды.

Эти выводы Ньютон изложил в своем знаменитом трактате «Оптика». Какова же причина такого разложения света в спектр?

Дисперсия света

Как показывал опыт Ньютона, слабее всего преломлялся красный цвет, а сильнее всего – фиолетовый. Вспомним, что степень преломления световых лучей характеризует показатель преломления n. Красный цвет от фиолетового отличается частотой, у красного частота меньше, чем у фиолетового. Раз показатель преломления становится все больше при переходе от красного конца спектра к фиолетовому, можно сделать вывод: показатель преломления стекла увеличивается с возрастанием частоты света. В этом и состоит суть явления дисперсии.

Вспомним, как показатель преломления связан со скоростью света:

n =  => n ~ 

n ~ ν; V ~   => ν = 

n – показатель преломления

С – скорость света в вакууме

V – скорость света в среде

ν – частота света

Значит, чем больше частота света, тем с меньшей скоростью свет распространяется в стекле, таким образом, наибольшую скорость внутри стеклянной призмы имеет красный цвет, а наименьшую скорость – фиолетовый.  

Различие скоростей света для разных цветов осуществляется только при наличии среды, естественно, в вакууме любой луч света любого цвета распространяется с одной и той же скоростью  м/с. Таким образом мы выяснили, что причиной разложения белого цвета в спектр является явление дисперсии.

Дисперсия – зависимость скорости распространения света в среде от его частоты.

Открытое и исследованное Ньютоном явление дисперсии ждало своего объяснения более 200 лет, лишь в XIX веке голландским ученым Лоренсом была предложена классическая теория дисперсии.

Причина этого явления – во взаимодействии внешнего электромагнитного излучения, то есть света со средой: чем больше частота этого излучения, тем сильнее взаимодействие, а значит, тем сильнее будет отклоняться луч.

Дисперсия, о которой мы говорили, называется нормальной, то есть показатель частоты растет, если частота электромагнитного излучения растет.

В некоторых редко встречающихся средах возможна аномальная дисперсия, то есть показатель преломления среды растет, если частота падает.

Цвет

Мы увидели, что каждому цвету соответствует определенная длина волны и частота. Волна, соответствующая одному и тому же цвету, в разных средах имеет одну и ту же частоту, но разные длины волн. Чаще всего, говоря о длине волны, соответствующей определенному цвету, имеют в виду длину волны в вакууме или воздухе. Свет, соответствующий каждому цвету, является монохроматическим. «Моно» – один, «хромос» – цвет.

Рис. 3. Расположение цветов в спектре по длинам волн в воздухе (Источник)

Самый длинноволновый – это красный цвет (длина волны – от 620 до 760 нм), самый коротковолновый – фиолетовый (от 380 до 450 нм) и соответствующие частоты (рис. 3). Как видите, белого цвета в таблице нет, белый цвет – это совокупность всех цветов, этому цвету не соответствует какая-то строго определенная длина волны.

Чем же объясняются цвета тел, которые нас окружают? Объясняются они способностью тела отражать, то есть рассеивать падающее на него излучение. Например, на какое-то тело падает белый цвет, который является совокупностью всех цветов, но это тело лучше всего отражает красный цвет, а остальные цвета поглощает, то оно нам будет казаться именно красного цвета. Тело, которое лучше всего отражает синий цвет, будет казаться синего цвета и так далее. Если же тело отражает все цвета, оно в итоге будет казаться белым.

Именно дисперсией света, то есть зависимостью показателя преломления от частоты волны, объясняется прекрасное явление природы – радуга (рис. 4).

Рис. 4. Явление радуги (Источник)

Радуга возникает из-за того, что солнечный свет преломляется и отражается капельками воды, дождя или тумана, парящими в атмосфере. Эти капельки по-разному отклоняют свет разных цветов, в результате белый цвет разлагается в спектр, то есть происходит дисперсия, наблюдатель, который стоит спиной к источнику света, видит разноцветное свечение, которое исходит из пространства по концентрическим дугам.

Также дисперсией объясняется и замечательная игра цвета на гранях драгоценных камней.  

Итоги

1. Явление дисперсии – это разложение света в спектр, обусловленное зависимостью показателя преломления от частоты электромагнитного излучения, то есть частоты света. 2. Цвет тела определяется способностью тела отражать или рассеивать ту или иную частоту электромагнитного излучения.

???Вопросы

1. Кто открыл явление дисперсии?
2. В чем заключался опыт Ньютона?
3. Какие выводы сделал Ньютон?
4. Что называют спектром?
5. Какие цвета входят в спектр?
6. Что называют дисперсией?
7. Зависит ли скорость света от цвета?
8. Почему красный цвет светофора используется как запрещающий сигнал?
9. Какой цвет имеет самую большую длину волны? Самую малую длину волны?

Сегодня на уроке

 Лабораторная работа в группе 87-ОМАС 

"Определение длины световой волны с помощью дифракционной решетки"

Дифракция света. Дифракционная решетка.

 Изучение дифракции света в группе 

87 - ОМАС

Сегодня на уроке

 

Сегодня на уроке

 Математический и пружинный маятники. Период колебаний математического и пружинного маятника.

Математический маятник это идеализированная система, представляющая собой материальную точку, подвешенную на тонкой, невесомой и нерастяжимой нити.

Математический маятник представлен на рисунке:

Математический маятник

Принцип действия математического маятника заключается в том, что при отклонении материальной точки от положения равновесия на малый угол a, такой, чтобы выполнялось условие sina=a, на тело будет действовать сила F = -mgsina = -mga. Знак минус указывает, что сила направлена в сторону, противоположную смещению. Сила F пропорциональна смещению S, следовательно, под действием этой силы материальная точка будет совершать гармонические колебания.

Период колебания математического маятника

 - период колебания математического маятника.

L - длина маятника,

g - ускорение свободного падения.

Пружинный маятник это колебательная система, состоящая из груза массой m, подвешенного к абсолютно упругой пружине, коэффициент жесткости которой k. Пружинный маятник это система, способная совершать свободные колебания.

Пружинный маятник представлен на рисунке:

Пружинный маятник

Пружинный маятник должен удовлетворять следующим условиям:

1. должно существовать положение устойчивого равновесия;
2. должен существовать фактор, не позволяющий системе остановиться в положении равновесия в процессе колебаний (в механике инертность системы);
3. трение в системе должно быть мало.

Период колебания пружинного маятника

- период колебания пружинного маятника.

 - частота пружинного маятника.

m - масса груза,

к - жесткость пружины

???Вопросы

1. Что называют математическим маятником?
2. Как определить период колебаний математического маятника?
3. От чего зависит период колебаний математического маятника?
4. Что называют пружинным маятником?
5. Как определить период колебаний пружинного маятника?
6. От чего зависит период колебаний пружинного маятника?
7. Какие превращения энергий происходят при колебаниях пружинного и математического маятника?