Загрузил യ Omali യ

хорошавин

Реклама
УДК 372.8:53
ББК 74.262.22
Х82
Серия «Библиотека учителя» основана в 2000 г.
X82
Хорошавин С. А.
Демонстрационный эксперимент по физике : оптика. Атомная физика : кн. для учителя / С. А. Хорошавин. — М. : Просвещение, 2007. — 79 с. : ил. —
(Библиотека учителя). — ISBN 5-09-011383-1.
Книга содержит методику подготовки и технологию проведения демонстрационных экспериментов по оптике и атомной физике при использовании типового учебного оборудования кабинета
физики.
УДК 372.8:53
ББК 74.262.22
ISBN 5-09-011383-1
© Издательство «Просвещение», 2007
© Художественное оформление.
Издательство «Просвещение», 2007
Все права защищены
ПРЕДИСЛОВИЕ
Пособия, вошедшие в серию «Демонстрационный эксперимент по физике», продолжают авторскую линию
книг по демонстрационному эксперименту в общеобразовательной школе.
Первая книга этой линии «Техника и технология демонстрационного эксперимента» посвящена вопросам
подготовки и постановки демонстрационных опытов. На
конкретных примерах из разных разделов школьной физики показано, на что следует обратить внимание, чтобы
демонстрационный опыт удался.
Вторая книга «Физический эксперимент в средней
школе» рассматривает теоретические вопросы методики и
техники демонстрационного эксперимента и содержит систему (405 опытов) обучающего демонстрационного эксперимента на первом этапе преподавания физики в школе.
Третья книга «Демонстрационный эксперимент по физике в школах и классах с углубленным изучением предмета» знакомит с оборудованием школьного физического
кабинета и дает описание 381 демонстрационного опыта
по механике и молекулярной физике.
Настоящая книга является продолжением предыдущей и содержит описание 69 демонстраций по оптике
и атомной физике.
Автор пользуется приятной возможностью выразить
признательность всем, кто помогал ему в этой работе: преподавателям Михаилу Никифоровичу Труфанову и Павлу
Павловичу Борзилову; учебным мастерам Ивану Александровичу Шульгину и Ивану Петровичу Сапову, которые
вместе с автором резали, сверлили, варили и монтировали
оборудование рабочего места учителя физики; Раисе Григорьевне Бубликовой — заведующей кабинетом методики
физики, надежному помощнику автора в подготовке приборов к демонстрациям; Татьяне Николаевне Алёхиной
и Ларисе Ивановне Силиной, благодаря неисчерпаемой
энергии и настойчивости которых эта книга была подготовлена к изданию.
Часть I. ОПТИКА
Глава 1. СВЕТОВЫЕ ВОЛНЫ
§ 1. ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЕ ПОЛОСЫ
В ТОНКИХ ПЛЕНКАХ
Опыт 1. Проволочное кольцо укрепляют плоской
лапкой штатива в пучке света аппарата ФОС. В стакан
с мыльным раствором погружают кольцо, на котором образуется тонкая мыльная пленка. Поворачивая кольцо,
отражают на экран падающий на мыльную пленку свет.
Между пленкой и экраном помещают объектив, которым
фокусируют изображение пленки на экране (рис. 1).
Рис. 1
При стекании раствора с проволочного каркаса мыльная пленка становится в верхней части более тонкой.
Разность хода световых волн, отраженных от поверхностей мыльной пленки, обусловливает появление интерференционной картины в виде чередующихся радужных полос. Если освещать пленку монохроматическим светом,
поставив в проекционный аппарат красный или оранжевый светофильтр, то на экране можно наблюдать чередование светлых и темных полос.
Т. Т. * Успешное проведение этой демонстрации в первую очередь определяет качество мыльного раствора.
* Здесь и далее значком Т. Т. обозначены указания, касающиеся особенностей техники и технологии демонстрируемого опыта.
4
Наилучший результат получается при использовании
раствора для выдувания мыльных пузырей из детской
игры «Радужные шарики». Этот раствор образует тонкие
прочные пленки, которые долго сохраняются. Хороший
результат дает применение некоторых видов шампуней,
растворенных в небольшом количестве воды. Вполне
удовлетворительные результаты можно получить, если
небольшое количество стружки серого хозяйственного
мыла растворить в воде и дать раствору отстояться не менее суток. (Такой раствор сравнительно быстро портится,
поэтому его хранить нецелесообразно.)
В любом случае в процессе приготовления и применения мыльного раствора следует избегать образования
пены на его поверхности: пена, попав с раствором на проволочный каркас, не только мешает наблюдению интерференционных полос, но и сокращает время наблюдения.
Проволочный каркас можно взять в готовом виде из
промышленного набора «Каркасы проволочные для опытов с мыльными пленками» или же спаять самостоятельно. Ориентировочный диаметр кольца 35—40 мм. Для
изготовления кольца используют стальную или медную
проволоку диаметром 1,5 мм.
Целесообразно под проволочным каркасом поставить
стакан с мыльным раствором — капли раствора будут падать в стакан, а не на демонстрационный стол.
§ 2. ДЕМОНСТРАЦИЯ КОЛЕЦ НЬЮТОНА
Опыт 2. Прибор «Кольца Ньютона» в комплекте
«Набор по интерференции и дифракции света» представляет собой плосковыпуклую линзу и плоскую пластинку,
прижатые друг к другу в общей обойме. Степень прижима регулируется тремя винтами.
Соприкосновение выпуклой поверхности линзы с плоской пластинкой образует воздушный зазор между этими
двумя деталями прибора. Световые волны, отражаясь от
поверхностей пластинок в воздушном зазоре, интерферируют.
Для демонстрации интерференционных полос в воздушном зазоре прибора «Кольца Ньютона» помещают
в пучок света проекционного аппарата ФОС и ориентируют так, чтобы отраженный от прибора свет падал на экран. Между прибором «Кольца Ньютона» и экраном устанавливают объектив, с помощью которого на экране получают изображение радужных колец (рис. 2).
Используя светофильтры, наблюдают интерференционные кольца в монохроматическом свете.
5
Рис. 2
T. T. При подготовке прибора «Кольца Ньютона» к демонстрации следует обратить внимание на следующие
моменты:
1. Линза и пластинка должны быть чистыми. Пыль
и отпечатки пальцев мешают работе прибора. При загрязнении поверхностей линзы и пластинки их следует протереть сухой, мягкой тряпкой, не дающей ворса.
2. После разборки не просто отличить пластинку от
линзы и сложить их соответствующим образом. Если случайно плоская поверхность линзы будет прижата к пластинке, то интерференционные кольца не получатся.
Можно попытаться определить правильность сборки
следующим образом: чистые поверхности линзы и пластинки удерживаются относительно друг друга молекулярными силами взаимодействия и при незначительных
наклонах нижней пластинки (линзы) сохраняют свое взаимное положение.
Если поверхности линзы и пластинки соприкасаются
должным образом, то выпуклая поверхность линзы при
небольших наклонах скользит по плоской поверхности
пластинки.
3. Не следует стремиться туго закручивать регулировочные винты. Наилучшие интерференционные кольца
(тонкие и многочисленные) получаются между чистыми
поверхностями пластинки и линзы при самом слабом
сжатии. Усиление прижима к линзе приводит к тому, что
интерференционные кольцеобразные полосы расширяются, становятся менее четкими. Их форма искажается.
6
§ 3. СМЕЩЕНИЕ ПОЛОС ИНТЕРФЕРЕНЦИИ
ПРИ НАГРЕВАНИИ
Опыт 3. В опыте используют демонстрационную
установку, как в предыдущем опыте (см. рис. 2), для показа колец Ньютона. Но вместо держателя светофильтров
ставят тепловой фильтр или плоскопараллельную кювету
с водой.
Вместе с прибором «Кольца Ньютона» в гнездо держателя вкладывают листок черной бумаги, прикрывающий
прибор с тыльной стороны (для усиления нагрева прибора за счет поглощения падающего света черной поверхностью).
Прибор настраивают так, чтобы ширина полос интерференции была минимально возможной. Желательно,
чтобы центральное пятно было наиболее чувствительно
к степени прижима линзы. Затем выбирают наблюдаемые части интерференционных полос и отмечают указателями.
Удаляя и возвращая тепловой фильтр на место, наблюдают смещение интерференционных полос при нагревании
прибора и его охлаждении. Следует иметь в виду тепловую
инерционность явления, и поэтому, удаляя и возвращая
на место тепловой фильтр, всякий раз следует дождаться,
пока прекратиться смещение интерференционных полос.
Смещение полос интерференции незначительно, и поэтому
демонстрацию следует повторить несколько раз.
§ 4. ДИФРАКЦИЯ СВЕТА ОТ ТОНКОЙ НИТИ
Опыт 4. Лазер ЛГН-109 устанавливают на скамье
ФОС. Световой пучок лазерного излучения двояковогнутой линзой (из набора линз и зеркал) расширяют так, что
на экране можно видеть световое пятно размером с пятикопеечную монету.
За линзой устанавливают диск, в держатель которого
вставлена рамка с натянутой проволокой диаметром
0,1—0,2 мм. Используя рейтер с винтом, на пути светового пучка наклоном диска устанавливают проволоку
(рис. 3). На экране появляется изображение чередующихся светлых пятен, разделенных темными промежутками.
Если с помощью объектива от кинопроекционного аппарата сфокусировать получившееся изображение, то на
экране отчетливо видны тень от проволоки со светлой полосой посредине и чередующиеся интерференционные полосы справа и слева от центральной полосы.
7
§ 5. ДИФРАКЦИЯ ОТ ЩЕЛИ
Опыт 5. Пучок излучения лазера ЛГН-109 расширяется двояковогнутой линзой. На пути светового пучка помещают раздвижную щель. Регулировочным винтом световой пучок направляют на экран через щель (рис. 4).
При узкой щели на экране видна размытая светлая
полоса, по обе стороны которой расположены чередующиеся светлые и темные полосы.
При постепенном расширении щели дифракционные
полосы сужаются и становятся более четкими. При дальнейшем медленном расширении щели в середине центральной светлой полосы появляется темная полоса, которая раздваивается, и в центре вновь появляется светлая
полоса, а образовавшиеся темные полосы смещаются
вправо и влево от центра и т. д.
Появление темных полос в центре дифракционной
картины обусловлено действием зон Френеля.
Т. Т. В опыте была использована раздвижная щель
фабричного производства. Расстояние от лазера до двояковогнутой линзы 5 см, от двояковогнутой линзы до щели 7 см, от щели до объектива 20 см, от объектива до
экрана 160 см. Объектив использован от киноаппарата
«Украина».
Рис. 3
Рис. 4
8
§ 6. ДИФРАКЦИЯ СВЕТА НА КРУГЛОМ
НЕПРОЗРАЧНОМ ПРЕПЯТСТВИИ
Опыт 6. На скамье ФОС устанавливают лазер ЛГН-109,
световой пучок которого проходит через двояковогнутую
линзу (из набора линз и зеркал). На экране образуется
светлое пятно. На пути светового пучка помещают другую двояковогнутую линзу (из набора линз и зеркал
к фронтальным лабораторным работам), в центре которой
приклеен стальной шарик от шарикоподшипника диаметром 1,5 мм.
Место установки линзы с шариком подбирают в световом пучке так, чтобы тень от шарика перекрыла светлое
пятно на экране (рис. 5). В этом случае вокруг тени от шарика возникают чередующиеся светлые и темные кольца,
своими размерами превышающие размеры светлого первоначального пятна.
Рис. 5
В данном опыте результат был получен при расстоянии от лазера до двояковогнутой линзы 5 см, от линзы до
шарика 25 см, от шарика до экрана 180 см. Дифракционная картина получается четкая, но при слабой освещенности экрана, поэтому демонстрация проводится в затемненном кабинете.
§ 7. ДИФРАКЦИОННОЕ РАССЕИВАНИЕ
НА МАЛЕНЬКИХ ЧАСТИЦАХ (ВЕНЦЫ)
Опыт 7. В пучок лазерного излучения, направленного на белый экран, вводят стеклянную пластинку, поверхность которой с одной стороны покрыта тонким слоем
ликоподия. На экране получается изображение широких
концентрических колец вокруг яркого центрального
пятна.
Т. Т. Для демонстрации можно использовать предметное стекло для микроскопа, на поверхность которого сна9
чала насыпают небольшое количество ликоподия, затем
его стряхивают. Прилипших к поверхности стекла частичек ликоподия вполне достаточно для демонстрации
опыта.
Ликоподий — споры травянистого растения плауна.
Это бледно-желтый мелкий сыпучий порошок, жирный
на ощупь, не смачивающийся водой. Применяется в медицине как детская присыпка и для обсыпания пилюль.
Продается в аптеке.
§ 8. ПОЛУЧЕНИЕ СПЕКТРА С ПОМОЩЬЮ
ДИФРАКЦИОННОЙ РЕШЕТКИ
Опыт 8. В проекционном аппарате ФОС вплотную
к конденсору устанавливают диск с раздвижной щелью.
Изображение щели объективом проецируют на экран.
Когда на экране получено четкое изображение щели,
между объективом и экраном помещают диск, в держатель которого вставлена дифракционная решетка (рис. 6).
Штрихи дифракционной решетки должны быть ориентированы параллельно щели. При этом на экране сохраняется изображение белой полосы и появляется справа и
слева ряд симметрично расположенных спектров. Для
получения картины в монохроматическом свете на скамью проекционного аппарата между щелью и объективом устанавливают диск с красным или оранжевым светофильтром.
Рис. 6
10
§ 9. ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА ПОЛЯРОИДАМИ
Опыт 9. На скамье устанавливают осветитель проекционного аппарата ФОС, конденсор, тепловой фильтр,
диск с поляроидом-поляризатором, диск с еще одним
поляроидом-анализатором и объектив. Сборка установки
ведется так, чтобы пучок света из осветителя проходил
через поляроиды и объектив с минимальными потерями.
С помощью объектива на белом экране получают изображение равномерно освещенного круга. Поворотом одного из поляроидов относительно другого добиваются максимального освещения круга на экране. Это положение
поляроидов отмечают стрелками-указателями, ориентированными одинаково. Такова основная демонстрационная
установка для опытов с поляризованным светом (рис. 7).
Медленно поворачивают первое от конденсора кольцо
рамки с поляроидом, наблюдают изменение освещенности
светового пятна на экране. При угле поворота 90° изображение светового круга на экране постепенно темнеет и исчезает полностью. Если затем начать вращение второго
поляроида, то при угле поворота 90° яркость изображения
светового круга на экране становится прежней.
Если поляроиды поменять местами, то можно видеть,
что каждый из них может быть и поляризатором, и анализатором.
Рис. 7
11
Внимание!!! Поляроиды чувствительны к перегреву.
При нагревании поляроида до температуры свыше 60 °С
он необратимо теряет свою способность к поляризации
света. Внешне это проявляется в том, что при вращении
одного поляроида относительно другого на экране нельзя
получить полное затемнение светового круга-изображения. Появляются светлые пятна, которые не исчезают
при полностью скрещенных поляроидах. Поэтому установка теплового фильтра обязательна.
Если нет специального теплофильтра в оправе, входящего в комплект деталей универсального проекционного
аппарата с оптической скамьей, то вместо него ставят
плоскую стеклянную кювету, наполненную раствором
медного купороса.
§ 10. ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛЯРОИДОВ
ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ
В ДЕТАЛЯХ КОНСТРУКЦИЙ
Опыт 10. В основной установке для демонстрационных опытов с поляризованным светом (см. рис. 7) между
поляроидами устанавливают диск-ширму с моделью рельса, изготовленную из органического стекла и вставленную в винтовой пресс (рис. 8).
Рис. 8
12
При нескрещенных поляроидах перемещением объектива получают на экране четкое изображение прозрачной
модели. Затем поляроиды скрещивают. При этом на темном фоне просматривается бледное изображение модели,
которое начинает просветляться при сжатии винтом.
Наибольшие просветления образуются в тех частях модели, которые под прессом испытывают наибольшие механические напряжения.
Т. Т. После демонстрации модель рельса следует извлечь из винтового пресса, так как в противном случае
в органическом стекле образуются обширные зоны остаточного напряжения. Выражается это в том, что при демонстрации ненагруженная модель рельса уже оказывается просветленной во многих местах при скрещенных поляроидах, и, чтобы продолжать вызывать механические
напряжения, модель каждый раз приходится все сильнее
сжимать винтовым прессом.
Опыт 11. В основной установке для демонстрации
опытов с поляризованным светом (см. рис. 7) между поляроидами помещают обрывок резиновой пленки воздушного детского шарика.
При скрещенных поляроидах резиновую пленку растягивают руками. В этот момент изображение пленки появляется на экране в виде неравномерно и разноцветно
освещенных полос, цвет и светлость которых изменяется
при большем или меньшем растяжении пленки.
Опыт 12. Области механических напряжений возникают в предметах в процессе их изготовления и остаются
как остаточные напряжения. Если на место диска с моделью рельса (см. рис. 8) поместить кювету прибора для демонстрации электроискровой обработки металлов, изготовленную из полистирола, то на экране можно видеть,
как при скрещенных поляроидах возникает многоцветное изображение кюветы с преобладанием розовых и
красных тонов, а узлы остаточного механического напряжения выделяются белым цветом.
§ 11. НАПРЯЖЕНИЯ В СТЕКЛЕ ВСЛЕДСТВИЕ
АНИЗОТРОПИИ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ
Опыт 13. В основной демонстрационной установке
между поляроидами в плоской лапке штатива помещают
стеклянную пластинку (рис. 9).
При параллельных поляроидах на экране получают
четкое изображение пластинки.
Шарик на спице нагревают над пламенем, затем прижимают его к стеклу так, чтобы место контакта шарика
13
Рис. 9
со стеклом оказалось в центре изображения стеклянной
пластинки на экране.
Вследствие неравномерности теплопроводности стекла
внутри стеклянной пластинки возникают напряжения,
в которых стекло становится двупреломляющим. На темном фоне (при скрещенных поляроидах) появляется слабоосвещенное изображение стекла вокруг темной тени
шарика и крестообразное просветление стекла вокруг места контакта нагретого шарика со стеклом.
Если после появления просветления убрать нагретый
шарик, то медленное выравнивание температур по всем
направлениям приведет к выравниванию лучепреломления стекла.
Т. Т. Шарик на спице закрепляют в штативе потому,
что трудно удержать его прижатым к стеклу в одном месте, если держать спицу в руках.
§ 12. ХРОМАТИЧЕСКАЯ ПОЛЯРИЗАЦИЯ
Опыт 14. В основной установке для демонстрации
опытов с поляризованным светом (см. рис. 7) между дисками-ширмами с поляроидами помещают диск, в держатель которого вставлена стеклянная пластинка с наклеенными на нее листочками целлофана. После наводки на
резкость изображения изменяют взаимное положение уг14
лов поворота поляроидов, которое сопровождается изменением окраски изображения на экране.
При скрещенных поляроидах вращают держатель
пластинки с целлофановой мозаикой на экране. При полном обороте четырежды изменяется окраска изображения на экране.
Если удалить один из поляроидов, то при любом вращении оставшегося поляроида или стеклянной пластинки с целлофановой мозаикой на экране остается одноцветное изображение.
§ 13. ОПЫТЫ С ЗОННЫМИ ПЛАСТИНКАМИ ФРЕНЕЛЯ
Зонная пластинка Френеля в простейшем случае представляет собой стеклянную пластинку, состоящую из системы чередующихся прозрачных и непрозрачных концентрических колец, построенных по принципу расположения зон Френеля.
Если между точечным источником света и экраном
расположить зонную пластинку с k прозрачными кольцами, соответствующими нечетным зонам Френеля (четные
зоны непрозрачные), то действие всех выделенных прозрачных зон сложится и амплитуда колебаний в наблюдаемой точке возрастет в 2k раз.
Для оптического излучения зонная пластинка действует как собирающая линза.
Опыт 15. Зонные пластинки Френеля в настоящее
время получили практическое применение в приборах
промышленного изготовления. В школьном физическом
кабинете зонные пластинки выполняют функции конденсора в кодоскопах некоторых типов и в приборе для демонстрации волновых явлений.
Отвернув пять винтов крепления верхней части прибора для демонстрации волновых явлений, ее снимают вместе со стержнем, предназначенным для крепления объектива, и укрепляют вертикально в штативе. Поместив с одной стороны зажженную свечу, а с другой белый экран,
можно получить на экране действительное, увеличенное,
перевернутое изображение пламени свечи (рис. 10).
Опыт 16. Из обоймы конденсора проекционного аппарата ФОС удаляют одну линзу и с помощью оставшейся получают параллельный пучок света.
Между источником света и конденсорной линзой размещают стеклянную пластинку с сеткой миллиметровых
делений. На экране видно лишь равномерно освещенное
световое пятно.
Если между конденсорной линзой и экраном поместить диапозитив с изображением зон Френеля, то после
15
Рис. 10
подбора расстояния между экраном и зонной пластинкой
можно наблюдать на экране увеличенное изображение
сетки (рис. 11).
Т. Т. Способ изготовления зонной пластинки Френеля
описан в книге «Методика факультативных занятий по
физике».
На листе ватмана чертят серию концентрических
окружностей, радиусы которых пропорциональны числам 1, 2, 3, 4 и т. д.
Если радиус первой зоны принять равным 20 мм, тогда радиусы границ последующих зон должны быть соответственно равны 20 2, 20 3, 20 4 мм и т. д. (рис. 12).
Рис. 11
16
Рис. 12
После вычерчивания границ зон зоны через одну чернят тушью. Чертеж зон Френеля фотографируют и полученный негатив вставляют в рамку вместе с листом черной бумаги, в котором вырезано круглое отверстие диаметром, не превышающим диаметр крайней зоны.
Качество изображения, получаемое с такой самодельной зонной пластинкой, невысокое. Наблюдение ведут
в затемненном помещении. Особо следует обратить внимание на точность наводки на резкость. После того как
изображение сетки получено, подстройку осуществляют
незначительными перемещениями сетки с миллиметровыми делениями.
В данном опыте сетка расположена на расстоянии
12 см от линзы конденсора. Расстояние от линзы до зонной пластинки 50 см, от зонной пластинки до экрана
150 см.
§ 14. РАЗЛОЖЕНИЕ БЕЛОГО СВЕТА В СПЕКТР
Опыт 17. В аппарат ФОС устанавливают горизонтальную щель. Выделенный ею пучок света фокусируют
объективом в параллельный пучок, скользящий вдоль
вертикального экрана. На пути светового пучка укрепляют трехгранную призму (флинт). Пройдя через призму,
пучок света изменяет свое направление и разворачивается по экрану веером (рис. 13).
Более всего отклоняется призмой пучок фиолетового
цвета, менее всего — пучок красного цвета. Остальные
17
Рис. 13
цвета — от красного до фиолетового — плавно переходят
друг в друга.
Т. Т. Чтобы выделить прозрачную призму на фоне белого экрана, ее наклеивают на равносторонний треугольник из черной бумаги, размеры которого несколько больше размеров призмы. Кайма черного цвета позволяет
учащимся визуально определить местонахождение граней призмы.
Призма удерживается на вертикальном экране скобой
плоской пружины.
Опыт 18. Чтобы провести как можно больше демонстраций с использованием явления дисперсии света, применяют установку, в которой дисперсионную призму по-
Рис. 14
18
мещают на подъемный столик проекционного аппарата
ФОС (рис. 14).
Предварительно между конденсором и объективом
устанавливают раздвижную щель и ее вертикальное, четкое и яркое изображение проецируют на белый экран.
На подъемном столике за объективом устанавливают
трехгранную дисперсионную призму. Ребро призмы должно быть параллельно щели проекционного аппарата,
а весь пучок света должен проходить сквозь грань преломляющего угла. Пучок света, пройдя через призму, отклоняется к ее основанию, поэтому изображение спектра будет расположено в стороне от изображения щели. Небольшими поворотами призмы добиваются получения на
экране наиболее растянутого изображения спектра, а небольшими перемещениями подъемного столика вверхвниз получают наиболее яркий спектр.
После этого добиваются наибольшей четкости спектра. С этой целью перемещают объектив вперед-назад для
получения резкой границы между светом и тенью в изображении спектра.
И наконец, надо обратить внимание на то, чтобы разноцветные полосы спектра были вертикальны. Возможный
наклон полос спектра может быть вызван или наклоном
подъемного столика, или наклоном раздвижной щели.
§ 15. СЛОЖЕНИЕ СПЕКТРАЛЬНЫХ ЦВЕТОВ
Опыт 19. С помощью проекционного аппарата ФОС
и дисперсионной призмы на экране получают сплошной
спектр. Расстояние до экрана должно быть выбрано так,
Рис. 15
19
чтобы ширина спектра не превышала 7—8 см, с этой
целью целесообразно использовать призму «крон».
Цилиндрической линзой с фокусным расстоянием
14 см (из набора деталей прибора для изучения законов
геометрической оптики) цветовые пучки спектра собирают вместе и проецируют на экран в виде полоски белого
цвета (рис. 15). Узкая двояковыпуклая цилиндрическая
линза не перегораживает спектр во всю его высоту. Поэтому одновременно учащиеся наблюдают на экране, как
в процессе фокусировки фиолетовый и красный участки
спектра смещаются навстречу друг другу и, слившись, образуют белую полосу.
Глава 2. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ИЗЛУЧЕНИЯ
РАЗЛИЧНЫХ ДЛИН ВОЛН
§ 1. ЗАВИСИМОСТЬ ПОВЕРХНОСТНОЙ ПЛОТНОСТИ
ПОТОКА ИЗЛУЧЕНИЯ ОТ РАССТОЯНИЯ
ДО ИСТОЧНИКА
Поток излучения характеризуется количеством энергии, переносимой электромагнитными волнами в единицу времени через какую-либо поверхность. Полный поток
излучения можно измерить по его тепловому действию
при поглощении излучения приемником в виде абсолютно черного тела.
Опыт 20. Наиболее просто осуществимая демонстрация заключается в том, что на некотором расстоянии друг
от друга устанавливают лабораторную электрическую
плитку с открытой спиралью и теплоприемник, соединенный с микроманометром (рис. 16).
После включения и разогрева электрической плитки
излучаемая энергия частично поглощается теплоприемни-
Рис. 16
20
ком. Вследствие повышения температуры воздуха в теплоприемнике его давление возрастает, что и отмечает
микроманометр.
При полном накале электроплитки давление воздуха
в теплоприемнике возрастает на 20 мм водяного столба
(стрелка прибора отклоняется на всю шкалу).
Т. Т. Несмотря на простоту схемы демонстрации, следует учесть ее существенные недостатки, заключающиеся
в следующем:
1. Источник излучения при таком расстоянии между
плиткой и теплоприемником нельзя назвать точечным.
2. Разогревание электроплитки требует сравнительно
много времени, хотя для экономии времени электрическую плитку можно включить в сеть еще до начала демонстрации.
Опыт не удается, если используется электрическая
плитка с закрытой спиралью.
Опыт 21. В качестве источника излучения используют электрическую лампу накаливания (6 В, 30 Вт) с нитью накала в виде короткой спирали, в качестве энергоприемника — квадратный листок алюминиевой фольги,
покрытый с одной стороны ровным слоем сажи. Изменение температуры энергоприемника определяют чувстви-
Рис. 17
тельной термопарой *, соединенной с зеркальным гальванометром (рис. 17). При расстоянии между источником
излучения и энергоприемником 30 см световой указатель
гальванометра отклоняется на два оцифрованных деления сразу после включения электрической лампы. Показания гальванометра быстро возрастают при уменьше* Х о р о ш а в и н С. А. Физический эксперимент в средней школе. — М.: Просвещение, 1988. — С. 125.
21
нии расстояния между источником энергии и энергопоглощающей пластиной.
Т. Т. Хороший ровный слой сажи на пластине можно получить, если подержать ее над пламенем горящей резины.
Чувствительность энергоприемника возрастет, если сократить потери энергии противоположной стороной пластины. Для этого достаточно наклеить на пластину слой
толстой ткани или поролона, оставив небольшое отверстие в теплоизолирующей подложке для термопары. (Однако сохранить энергоприемник в таком виде сложно.)
Удобен в работе и всегда готов к применению несложный самодельный энергоприемник. За основу прибора берут пластмассовую чашку Петри диаметром 90 мм. На дно
чашки крепят два контактных гнезда для соединительных
проводов, а на боковую стенку — гнездо с резьбовым отверстием для крепления стержня-держателя. Открытую
часть чашки заклеивают тонкой алюминиевой фольгой.
К внутренней поверхности фольги
приклеивают чувствительную термопару из нихром-константановых проводников, диаметром 0,2 мм. Выводы термопары соединяют с контактными гнездами (рис. 18).
Лицевую поверхность фольги покрывают слоем сажи. При хранении
прибора эту закопченную поверхность защищают от повреждения
крышкой чашки Петри.
Сборка демонстрационной установки (рис. 19) с таким энергоприемником доставляет меньше хлопот.
Опыт 22. В этой демонстрации
вместо электрической лампы в качестве источника излучения используРис. 18
ют спираль проволочную на колодке
Рис. 19
22
Рис. 20
из лабораторного набора приборов. При напряжении
6—8 В нагревательный элемент раскаляется до ярко-красного цвета. При расстоянии 0,5 м до источника излучения световой указатель гальванометра отклоняется на
два оцифрованных деления по шкале 0—10 (рис. 20).
§ 2. НЕВИДИМЫЕ ИЗЛУЧЕНИЯ В СПЕКТРЕ
НАГРЕТОГО ТЕЛА (ИНФРАКРАСНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ)
Опыт 23. Между энергоприемником и спиралью, нагреваемой электрическим током, устанавливают такое
расстояние, при котором световой указатель зеркального
гальванометра отклоняется до третьего-четвертого оцифрованного деления шкалы 0—10.
Если между источником излучения и энергоприемником поместить непрозрачный для видимого света инфракрасный фильтр, то энергоприемник продолжает получать поток излучения, лишь несколько ослабленный
фильтром (рис. 21). Если же вместо непрозрачного инфракрасного фильтра поставить прозрачный для видимого света тепловой фильтр, то световой указатель зеркального гальванометра перемещается к нулевой отметке, что
Рис. 21
23
означает, что невидимое излучение нагретой спирали перестало поступать к энергоприемнику.
Опыт 24. На экране получают непрерывный спектр
(см. опыт 19).
Для того чтобы яркость спектра стала максимальной,
щель между конденсором и объективом аппарата ФОС открывают полностью. Проекционную лампу разворачивают так, чтобы изображения нитей лампы накаливания
слились бы в одну светящуюся полосу.
На горизонтальном стержне штатива закрепляют термостолбик, соединенный с зеркальным гальванометром.
Термостолбик может перемещаться вдоль всего спектра.
Аппарат ФОС загораживают от термостолбика ширмой для того, чтобы тепловое излучение осветителя аппарата не попало на термостолбик.
Сначала термостолбик помещают в поток фиолетовой
части спектра, затем медленно (чтобы успевали прогреваться спаи термопар) термостолбик перемещают вдоль
спектра в сторону его красной части. По мере продвижения термостолбика показания гальванометра растут
(рис. 22). Отклонение светового указателя продолжается
и после того, как термостолбик переместится за красную
видимую часть спектра. Причем здесь, за красной частью
видимого спектра, показания гальванометра наибольшие,
что свидетельствует о максимуме энергии излучения.
Если между щелью и объективом аппарата ФОС поместить инфракрасный фильтр, то изображение сплошного
спектра исчезнет с экрана, но световой указатель продолжает фиксировать поток излучения, лишь незначительно
сместившись в сторону нулевого деления.
Рис. 22
24
Если заменить инфракрасный
фильтр тепловым, то поток невидимого излучения прекратится, хотя на
экране сохраняется видимое изображение сплошного спектра.
Т. Т. Термостолбик фабричного
производства оснащен металлическими задвижками, позволяющими сохранять термопары от повреждений и
выделять узкий пучок света в опыте
по обнаружению невидимого излучения в сплошном спектре. Поскольку
блестящие задвижки на черном фоне
корпуса термостолбика затрудняют
Рис. 23
выделение той части спектра, которая необходима в данный момент, поэтому металлические задвижки целесообразно заменить
листом плотной бумаги, в котором прорезана узкая щель
против рабочих спаев термопар (рис. 23). На белом листе
бумаги хорошо видны те участки спектра, в которых расположена чувствительная часть термостолбика.
Для повышения чувствительности термостолбика к потоку излучения целесообразно периодически возобновлять слой сажи, покрывающий рабочие спаи термопар.
При длительном хранении сажа осыпается, и термобатарея в меньшей степени поглощает тепловой поток.
Установка чувствительна к посторонним источникам
излучений: дыханию, теплу рук и тела учителя, движению воздуха в помещении.
Если фильтр, пропускающий инфракрасное излучение, вызовет значительное отклонение светового указателя зеркального гальванометра в сторону нулевого деления, то это означает, что область инфракрасного излучения в сплошном спектре определена недостаточно точно.
Следует уточнить положение термостолбика, обратив
внимание и на то, чтобы плоскость, образованная термопарами, была перпендикулярна потоку излучения.
Опыт 25. Фоторезистор на панели (ФС-К1) из набора
полупроводниковых приборов включают в электрическую
цепь последовательно с демонстрационным гальванометром от амперметра и с источником постоянного тока.
Пучок белого света проекционного аппарата ФОС разворачивают в сплошной спектр дисперсионной призмой
«флинт». Панель с фоторезистором укрепляют на горизонтальном стержне штатива и вносят в спектр. Горизонтальный стержень позволяет перемещать панель с фоторезистором от фиолетовой до красной части спектра и
дальше (рис. 24).
25
Рис. 24
Напряжение электропитания подбирают таким, чтобы в средней части видимого сплошного спектра стрелка
гальванометра отклонялась на 2—3 деления. При плавном смещении панели фоторезистора за границы видимой части красного участка спектра отклонение стрелки
гальванометра возрастает и в некотором месте достигает
своего максимального значения.
Т. Т. Обычно корпус фоторезистора изготавливают из
пластмассы черного цвета. Для того чтобы сделать видимой ту часть спектра, в которой находится чувствительная часть фоторезистора, на корпус фоторезистора следует наклеить белую бумагу или полоски белого лейкопластыря так, чтобы только узкая щель открывала доступ
свету к чувствительному элементу прибора.
Подаваемое напряжение существенно зависит от общей освещенности помещения, яркости спектра и параметров используемого полупроводникового прибора.
Демонстрацию лучше проводить в не полностью затемненном кабинете, в противном случае надо побеспокоиться о подсветке шкалы гальванометра.
Значительно большую чувствительность к длинноволновым излучениям имеет фоторезистор типа ФС-А1.
Конструктивно он может быть вставлен в панель вместо
фоторезистора ФС-К1.
§ 3. НЕВИДИМЫЕ ИЗЛУЧЕНИЯ В СПЕКТРЕ
НАГРЕТОГО ТЕЛА (УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ)
Опыт 26. В проекционном аппарате ФОС удаляют
конденсор. Выходное отверстие осветителя закрывают диском с установленной раздвижной щелью — зазор щели
делают максимальным. На некотором расстоянии от первой щели устанавливают вторую раздвижную щель. Изме26
нением ее положения на скамье получают на белом экране возможно яркое и четкое изображение полосы света.
В пучок света, выходящий из второй щели, помещают
трехгранную дисперсионную призму «флинт» так, чтобы
на экране получился дисперсионный сплошной спектр.
Плоской лапкой штатива зажимают листок белого
картона или плотной бумаги, который вносят в сплошной
спектр так, чтобы на этом малом экране оказался лишь
участок спектра от голубого до фиолетового со свободным
пространством за видимой фиолетовой частью.
Выключив осветитель, быстро заменяют картонный
экран люминесцирующим, предварительно выдержанным в темноте. Вновь включив осветитель, отмечают на
люминесцирующем экране видимую границу фиолетовой
части спектра (рис. 25).
Так как свечение экрана в ультрафиолетовой части
спектра засвечивается рассеянным светом осветителя и
плохо наблюдается рядом с ярким изображением сплошного спектра, то полезно выключить через некоторое время осветитель и при общем слабом освещении обратить
внимание на послесвечение люминесцирующего экрана
за пределами указателя границы фиолетовой части спектра, вызванное ультрафиолетовым излучением.
Т. Т. Для защиты люминесцирующего экрана от рассеянного света из осветителя скамья ФОС отделяется от экрана ширмой так, чтобы только пучок света, преломленного призмой, попадал на экран. Линзы конденсора и объектив в этой установке не используют потому, что стекло,
из которого изготовлены линзы, сильно поглощает ультрафиолетовое излучение.
Рис. 25
27
Для обнаружения ультрафиолетового излучения можно использовать экран флуоресцирующий, выпускаемый
промышленностью как самостоятельный прибор, или
флуоресцирующий экран из комплекта деталей к ультрафиолетовому осветителю (УФО), или набор по фосфоресценции, состоящий из трех картонных полосок, на которые наклеены бумажные полоски, покрытые люминофорами.
§ 4. СВОЙСТВА ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Опыт 27. Гашение люминесценции инфракрасным
излучением.
С помощью основной установки для дисперсии света
(см. рис. 13, 14) получают на экране яркое изображение
сплошного спектра. В пучок света от дисперсионной
призмы вносят люминесцирующий экран, предварительно освещенный белым светом. Экран светится ярко-зеленым цветом. Местоположение люминесцирующего экрана выбирают таким, чтобы его среднюю часть занимал
красный участок сплошного спектра. Границу видимой
красной части спектра отмечают указателем (рис. 26).
Через некоторое время осветитель проекционного аппарата выключают. В темноте виден светящийся зеленым
светом экран, но там, где на люминесцирующий экран попадало инфракрасное излучение, — темная полоса, расположенная за отмеченной границей видимой части спектра.
Опыт 28. Отражение инфракрасного излучения от
вогнутого зеркала.
Рис. 26
28
Рис. 27
Энергоприемник устанавливают на расстоянии 0,5 м
от проволочной спирали, нагреваемой электрическим током. Термопару энергоприемника соединяют с зеркальным гальванометром. Световой указатель гальванометра
позволяет судить об интенсивности потока излучения.
Если за источником излучения поместить вогнутое
зеркало так, чтобы источник излучения оказался в его фокусе, то световой указатель гальванометра смещается до
конца шкалы (рис. 27), что свидетельствует о способности
теплового инфракрасного излучения направленно отражаться от зеркала.
Опыт 29. Зажигание спички инфракрасным излучением.
В фокусе вогнутого металлического зеркала помещают мощную прожекторную лампу (220 В, 500 Вт). На
расстоянии 1,5—2 м от первого зеркала помещают второе, в фокусе которого закреплена спичечная головка.
После включения электрической лампы сфокусированное инфракрасное излучение воспламеняет спичку (рис. 28).
Т. Т. Подготовку опыта следует проводить в определенной последовательности.
Лампу включают через регулятор напряжения так,
чтобы в процессе настройки ее свет не слепил глаза. Вместо второго зеркала временно ставят белый экран. Перемещением лампы относительно зеркала находят такое ее положение, при котором на экране отраженный от зеркала
свет образует яркое пятно возможно меньших размеров.
Затем перед экраном помещают второе зеркало так,
чтобы тень от него закрыла световое пятно; теперь экран
можно убрать.
29
Рис. 28
Перед вторым зеркалом в лапке штатива зажимают небольшой (4 × 4 см) листок бумаги. Перемещая этот маленький экран, находят такое его положение, при котором отраженный от второго зеркала свет образовывал на этом маленьком экране возможно маленькое световое пятно. Это
произойдет, когда листок бумаги окажется в фокусе второго зеркала. Листок бумаги заменяют спичкой. Стараются,
чтобы спичечная головка оказалась в фокусе зеркала.
Экраном загораживают лампу от учащихся, чтобы ее
яркий свет не слепил глаза, и подают полное напряжение. Через несколько секунд спичка вспыхивает.
Спички должны быть сухими и желательно с темными (коричневыми) головками. При тщательной настройке установки расстояние между зеркалами можно увеличить до 3—4 м.
§ 5. СВОЙСТВА УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Опыт 30. Ионизация воздуха.
На стержне электрометра укрепляют конденсаторный
диск. Второй диск располагают на расстоянии 2—3 см
над первым и проводником соединяют его с корпусом
электрометра.
Электрометру сообщают электрический заряд. После
того как колебания стрелки прекратятся, можно видеть,
что заряд электрометра остается неизменным.
Если в пространство между конденсаторными дисками направить ультрафиолетовое излучение, то начинается разрядка электрометра (рис. 29). Прекращение облучения ультрафиолетовым светом прекращает разряд.
30
Рис. 29
Опыт 31. Свечение веществ под действием ультрафиолетового излучения.
Между корпусом осветителя «Фотон» и основанием
осветителя против окна вставляют ультрафиолетовый
фильтр от насадки к дуговой лампе, этот фильтр не пропускает видимый свет.
Невидимое ультрафиолетовое излучение направляют
на набор по фосфоресценции, состоящий из трех светящихся составов, дающих различное по длительности и
цвету свечение: голубое, оранжевое и желтое. Светящиеся составы нанесены в углубления круглой пластмассовой коробки.
Под действием ультрафиолетового излучения светятся
жидкости (растворы эозина, флуоресцина и родамина)
в стеклянных трубках (рис. 30).
Ярко-зеленым светом фосфоресцирует экран, выпускаемый промышленностью специально для обнаружения
ультрафиолетового излучения.
Т. Т. Размеры увиолевого стекла, используемого в качестве фильтра ультрафиолетового излучения в насадке
к дуговой лампе, не позволяют вставить это стекло в гнездо для светофильтров. Вот почему увиолевое стекло ставят между осветителем и корпусом. Предварительно надо
удалить прозрачную пластмассовую крышку, закрывающую окно ультрафиолетового осветителя. Материал, из
31
Рис. 30
которого сделана эта крышка, задерживает ультрафиолетовое излучение.
Ультрафиолетовый осветитель «Фотон» входит в комплект по фотоэффекту (КПФЗ).
Для демонстрации свечения различных веществ под
действием ультрафиолетового излучения промышленность выпускает специальный прибор — УФО-1, содержащий две лампы: одну видимого, другую ультрафиолетового излучения, которые включаются специальным
тумблером.
Прибор состоит из двух частей: блока питания и осветителя. Осветитель прикрепляют к блоку питания пласт-
Рис. 31
32
массовой пластиной так, чтобы в пространство под осветителем был направлен поток ультрафиолетового излучения (рис. 31).
Под осветителем помещают наборы по фосфоресценции, флуоресценции и флуоресцирующий экран.
§ 6. ЗАВИСИМОСТЬ ОСВЕЩЕННОСТИ
ОТ СИЛЫ СВЕТА, УГЛА ПАДЕНИЯ И РАССТОЯНИЯ
ДО ИСТОЧНИКА
Опыт 32. На демонстрационном рычаге укрепляют
фотоэлемент, соединенный с гальванометром от амперметра. По оси рычага устанавливают лампу накаливания
с короткой нитью.
В первой части опыта рычаг поворачивают так, чтобы
фотоэлемент перемещался по дуге окружности вокруг источника света. Показания гальванометра не изменяются,
свидетельствуя о равномерности излучения точечного источника света (рис. 32).
Во второй части опыта рычаг закрепляют горизонтально. Напряжение питания лампы накаливания изменяют — соответственно, изменяется яркость свечения
Рис. 32
33
Рис. 33
нити накала. При увеличении силы света источника возрастает освещенность фотоэлемента и соответственно увеличивается угол отклонения стрелки гальванометра.
При постоянной силе света (неизменном напряжении
питания нити накала лампы) фотоэлемент поворачивают
вокруг оси так, чтобы изменялся угол падения светового
пучка на поверхность фотоэлемента. При увеличении
угла падения света гальванометр отмечает снижение
освещенности фотоэлемента (рис. 33).
Наконец фотоэлемент перемещают ближе к источнику
света. С уменьшением расстояния освещенность фото-
Рис. 34
34
элемента (угол отклонения стрелки гальванометра) возрастает.
Т. Т. В демонстрациях может быть использован фотоэлемент ФЭК, корпус которого укреплен на пластмассовой пластинке с гнездами для включения соединительных проводов. Панель временно освобождают от стойки,
а гнездо с резьбой используют для крепления панели
к рычагу с помощью винта с крупной головкой.
Стрелку крепят к панели зажимом типа «крокодил»
(рис. 34).
При подготовке к проведению демонстрации следует
обратить внимание на то, что свет от лампы распространяется равномерно только при равной толщине стеклянного
баллона в верхней полусфере лампы накаливания. У части ламп (возможно, это сделано преднамеренно) в центральной части верхней полусферы стекло имеет прилив,
образующий своеобразную выпуклую линзу. В этом случае фотоэлемент, находящийся над лампой, имеет большую освещенность.
Так как предлагаемая схема демонстрации имеет хорошую чувствительность к изменению освещенности фотоэлемента, то:
а) в ходе демонстрации должны быть выключены
иные источники света и зашторены окна;
б) при повороте рычага чувствительная пластинка фотоэлемента не должна быть направлена на потолок: свет,
отраженный от потолка, дает дополнительную освещенность фотоэлемента;
в) для того чтобы исключить попадание на фотоэлемент случайных бликов от деталей держателя лампы
и штатива, на патрон лампы надето кольцо черной бумаги.
Глава 3. СВЕТОВЫЕ ПУЧКИ
§ 1. НЕЗАВИСИМОСТЬ СВЕТОВЫХ ПУЧКОВ
Опыт 33. На штативе укрепляют два осветителя так,
чтобы посылаемые ими пучки света оставляли след на
белом экране и взаимно пересекались (рис. 35). Целесообразно вставить в держатель одного осветителя светофильтр для того, чтобы окрасить световой пучок (например, в зеленый цвет), а в держатель другого осветителя — сложный светофильтр из набора приспособлений
к прибору для изучения законов оптики. Этот светофильтр выделяет три пучка света, окрашенные в красный, белый и синий цвета.
35
Рис. 35
Подбором положения ламп в осветителях на экране
получают параллельные пучки света. После пересечения пучки света не изменяют ни своего направления,
ни цвета.
§ 2. ПРЕЛОМЛЕНИЕ СВЕТА НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА
ДВУХ ОПТИЧЕСКИХ СРЕД
Опыт 34. В прозрачную прямоугольную ванну вставляют белый экран и наливают воду. На дно ванны помещают плоское зеркало. Пучок света от лазера плоским
зеркалом направляют в ванну вдоль белого экрана. На
границе раздела сред воздух — вода свет преломляется и,
отразившись от зеркала на дне ванны, выходит из воды,
вновь преломившись на границе раздел сред вода — воздух (рис. 36).
Т. Т. Прямоугольная ванна входит в комплект прибора «ванна с электродами».
Световой пучок лазерного излучения расширяют в горизонтальной плоскости цилиндрической линзой.
Для показа этого опыта может быть использован и
иной источник света, например оптическая скамья ФОС.
Однако поглощение и рассеивание света водой настолько
ослабляют световой пучок, что демонстрацию необходимо
36
Рис. 36
проводить в затемненном помещении. При использовании лазера в этом опыте нет необходимости затемнять кабинет.
§ 3. ЯВЛЕНИЕ ПОЛНОГО ОТРАЖЕНИЯ
Опыт 35. На диске прибора для демонстрации законов оптики укрепляют прозрачный полуцилиндр так,
чтобы его плоская поверхность совпадала с диаметром
диска. Пучок света из осветителя направляют на выпуклую часть полуцилиндра по его радиусу. Свет частично
отражается от внутренней плоской поверхности и, частично преломляясь, выходит из стекла (рис. 37).
По мере увеличения угла падения пучка света на плоскую поверхность внутри полуцилиндра яркость отраженного пучка возрастает, а начиная с того момента,
когда преломленный пучок света по направлению совпадает с границей раздела оптических сред стекло — воздух, весь падающий свет отражается внутри стекла
(рис. 38).
Опыт 36. Пучок излучения лазера плоским зеркалом
направляют внутрь стеклянной трубки с водой так, чтобы в воде он был направлен под углом к оси трубки.
Отразившись от стенки трубки, пучок идет к противоположной стенке (рис. 39) и вновь отражается в воду.
Т. Т. Для изменения направления лазерного излучения удобно использовать диск-ширму с объективодержателем и установленным поворотным зеркалом оптической скамьи ФОС.
Объектив из объективодержателя удаляют.
37
Рис. 37
Рис. 38
Рис. 39
§ 4. СВЕТОВОД
Опыт 37. Стеклянную палочку, согнутую углом, одним концом вставляют в отверстие-диафрагму осветителя, а другой, отогнутый конец палочки направляют
в сторону учащихся.
В притемненном помещении учащиеся могут видеть,
что в стеклянной палочке даже на темном фоне пучок
света невидим, но ярко светится ее торец (рис. 40).
Рис. 40
39
Рис. 41
Рис. 42
Стеклянную палочку можно согнуть кольцом, однако
существенного рассеивания света внутри стеклянного
светопровода не происходит (рис. 41).
Т. Т. Стеклянные палочки нетрудно согнуть над пламенем газовой горелки кухонной плиты, придавая им
любую форму.
На тот конец палочки, который будет обращен к осветителю, надевают отрезок резиновой трубки для того,
чтобы предотвратить просачивание света в щель между
отверстием-диафрагмой и стеклом (рис. 42).
Эффектность опыта существенно возрастет, если торцы стеклянной палочки (обычно круглые) сошлифовать
до плоскости на наждачном камне с водой. Конечно, об40
разовавшийся плоский торец будет матовым, но если его
смазать маслом или хотя бы смочить водой, то пучок света, выходящий из световода, будет невидим, но, будучи
направленным на экран, образует яркое пятно.
§ 5. ПОЛУЧЕНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ
ПРИ ПОМОЩИ ЛИНЗ
Опыт 38. Двояковыпуклую линзу из набора линз и
зеркал закрепляют в держателе. В качестве источника
света используют зажженную свечу. Линзу помещают
между свечой и экраном (рис. 43). В зависимости от расположения линзы, свечи и экрана может быть получено
увеличенное, уменьшенное или равное предмету его действительное, обратное изображение.
Рис. 43
Листком картона медленно перекрывают линзу, однако изображение остается прежним, лишь уменьшается
его яркость.
Т. Т. В затемненном кабинете изображение пламени
свечи видно отчетливо с любого ученического места.
Использование осветительной электрической лампы
нежелательно, так как изображение на экране получается
ярким, но по нему трудно судить, прямое оно или обратное.
Опыт 39. Для получения изображения несамосветящегося предмета на столе устанавливают белую картонную стрелку и освещают ее сильным потоком света.
В данном опыте использован проекционный аппарат
«Свитязь».
Свет, отраженный стрелкой, проецируется на экран
двояковыпуклой линзой (рис. 44).
41
Рис. 44
Т. Т. Проекционный аппарат «Свитязь» может быть
заменен любым направленным источником света, но тогда изображение стрелки на экране, возможно, будет хорошо видно только в полностью затемненном кабинете.
§ 6. ПОЛУЧЕНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ
ПРИ ПОМОЩИ ВОГНУТОГО ЗЕРКАЛА
Опыт 40. Экран, зажженную свечу и вогнутое сферическое зеркало размещают на столе так, чтобы свет пламени свечи, отраженный от зеркала, сфокусировался на
экране и образовалось действительное, обратное изображение пламени (рис. 45).
Опыт 41. Белую картонную стрелку, экран, осветитель и вогнутое сферическое зеркало размещают на столе
так, чтобы пучок света из осветителя хорошо освещал
стрелку, но не попадал на экран; чтобы стрелка была расположена ближе к экрану, чем зеркало; чтобы расстоя-
Рис. 45
42
Рис. 46
ния между стрелкой и зеркалом и между зеркалом и экраном позволяли с данным сферическим зеркалом получить на экране четкое изображение (рис. 46).
§ 7. ХОД ЛУЧЕЙ В ЛИНЗАХ, ИМЕЮЩИХ РАЗЛИЧНУЮ
ОПТИЧЕСКУЮ ПЛОТНОСТЬ
Опыт 42. В прозрачную прямоугольную ванну вставляют вертикально пластину белого экрана, к которой
плоской пружиной прижата цилиндрическая двояковыпуклая линза из набора приспособлений к прибору для
демонстрации законов оптики.
На лазере устанавливают делитель луча с цилиндрической линзой, разворачивающей пучок света в горизонтальной плоскости.
Выделенные два параллельных пучка света направляют вдоль белого экрана; пройдя линзу, они преломляются и пересекаются в фокусе линзы.
Если, не изменяя настройку установки, налить в ванну воду, то пучки света, проходя из воды в стекло и из
стекла в воду, лишь незначительно изменяют свое направление (рис. 47).
Опыт 43. Если линзу из органического стекла заменить двояковыпуклой, но пустой внутри линзой, то после
преломления параллельных пучков такой линзой образуются расходящиеся пучки света (рис. 48).
Опыт 44. Если в ванну с водой поместить пустотную
двояковогнутую линзу, то параллельные пучки света после преломления пересекаются (рис. 49).
Т. Т. Делитель световых лучей входит в комплект приспособлений к лазеру ЛГН-109.
Крепление делителя производится магнитным держателем (рис. 50).
43
Рис. 47
Рис. 48
Рис. 49
Конструкция делителя позволяет относительно просто получить
два параллельных пучка света. Но,
несмотря на то что в комплект делителя входит третье поворотное зеркало, с помощью которого (по замыслу конструктора) можно получить три параллельных пучка света,
осуществить этот замысел трудно.
Магнитные держатели поворотных зеркал своими магнитными полями взаимодействуют друг с другом и нарушают ориентацию зеркал.
Требуется длительная, кропотливая
настройка. Пустотные линзы самодельные. Для их изготовления удобРис. 50
но использовать одноразовые полистироловые чашки Петри. Обе
чашки применяются для образования преломляющих поверхностей.
Склеивание деталей пустотных линз следует производить аккуратно, чтобы внутрь линз не попала вода, которую потом будет трудно удалить.
Промышленность выпускает линзы полые, наливные
для демонстрации хода пучка света в линзах при изменении оптической плотности окружающей среды, однако
большие размеры этих линз (диаметр 15 см) требуют
использования больших прозрачных ванн (аквариумов)
с большим количеством воды. Для наблюдения хода световых пучков в толще воды воду приходится подкрашивать. Все это существенно снижает яркость световых пучков и требует проведения демонстрации в затемненном
помещении.
В описанной схеме демонстрации вместо лазера с делителем световых пучков можно использовать осветитель
для теневого проецирования, вставив в его гнездо для
светофильтров и диафрагм пластинку с двумя параллельными прорезями, которые (после регулировки положения осветительной лампы) образуют параллельные пучки
света. Но в этом случае демонстрация проводится в затемненном помещении.
§ 8. СФЕРИЧЕСКАЯ АБЕРРАЦИЯ
Аберрация — искажение изображений, формируемых
оптическими системами. Сферическая аберрация — недостаток изображения, при котором испущенные из одной
45
Рис. 51
точки световые лучи, прошедшие вблизи оптической оси
системы, и лучи, прошедшие через отдаленные от оси части системы, не собираются в одну точку.
Опыт 45. На экране прибора для демонстрации законов оптики укрепляют большую двояковыпуклую линзу.
Из осветителя на линзу направляют четыре параллельных пучка света: два крайних и два идущих ближе к оптической оси.
Сначала в гнездо для светофильтров осветителя вставляют пластинку с прорезями, выделяющими только два
крайних световых пучка. Точку их пересечения на экране
отмечают указателем.
Затем устанавливают пластинку, выделяющую пучки
света, идущие ближе к оптической оси. Точку их пересечения на экране также отмечают указателем (рис. 51).
Можно видеть, что пучки света, идущие ближе к оптической оси линзы, и пучки света, преломленные у краев
линзы, пересекаются в разных точках.
Т. Т. Указатели вырезают из черной бумаги и приклеивают к кольцевым керамическим магнитам диаметром
10 мм.
§ 9. ХРОМАТИЧЕСКАЯ АБЕРРАЦИЯ
Хроматическая аберрация — искажение изображения, связанное с зависимостью показателя преломления
оптических сред от длины волны света.
Опыт 46. На экране прибора для демонстрации законов оптики укрепляют двояковыпуклую линзу. Из осве46
Рис. 52
тителя направляют вдоль экрана три параллельных пучка
света (центральный и два боковых). После преломления
линзой пучки света пересекаются.
В гнездо для светофильтра помещают красный светофильтр. Место пересечения пучков красного света отмечают на экране указателем.
Затем красный светофильтр заменяют фиолетовым и
вновь место пересечения световых пучков отмечают указателем. Можно видеть, что указатели отмечают некоторое различие в точках пересечения красных и фиолетовых пучков света (рис. 52).
Т. Т. Фиолетовые пучки света плохо видны на расстоянии, поэтому демонстрация проводится в полностью
затемненном кабинете. Целесообразно закрыть или вывернуть сигнальную лампу источника тока, чтобы ее свет
не мешал наблюдению.
Глава 4. СВЕТОВЫЕ КВАНТЫ.
ДЕЙСТВИЕ СВЕТА
§ 1. ЯВЛЕНИЕ ВНЕШНЕГО ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО
ЭФФЕКТА
Опыт 47. Тщательно зачищенную наждачной бумагой цинковую пластину укрепляют на стержне электрометра.
Электрометру сообщают положительный электрический заряд и освещают цинковую пластину ультрафиоле47
Рис. 53
товым светом из осветителя «Фотон». Цинковая пластина сохраняет положительный заряд (рис. 53).
Затем, разрядив электрометр, цинковой пластине сообщают отрицательный электрический заряд. Вновь направляют на цинковую пластину поток ультрафиолетового излучения. Стрелка гальванометра быстро опадает,
свидетельствуя о потере цинковой пластиной отрицательного заряда.
Если заменить цинковую пластину медной, то также
наблюдается явление внешнего фотоэлектрического эффекта, но разрядка отрицательно заряженной медной
пластины происходит гораздо медленнее.
T. T. Ультрафиолетовый осветитель «Фотон», цинковая и медная пластины со специальным держателем для
крепления к стержню электрометра входят в состав комплекта по фотоэффекту КПФ-1.
Опыт проходит не менее успешно, если цинковую и
медную пластины взять из набора электродов к опытам
по электролизу. В этом случае нет необходимости в специальном держателе: стержни электродов вставляются
в верхнее отверстие стержня электрометра.
Вместо ультрафиолетового осветителя «Фотон» можно
использовать дуговую лампу. Более мощное ультрафиолетовое излучение электродуговой лампы повышает эффективность опыта. Но надо учитывать, что дуговой разряд
вызывает ионизацию воздуха и эта причина может вызвать стекание заряда с положительно заряженной цинковой пластины.
48
Рис. 54
Чтобы побочные явления не отвлекали внимание учащихся, следует в первой части опыта сообщать пластине
положительный заряд. Воздух еще не ионизирован дуговым разрядом, и пластина хорошо сохраняет заряд и после включения дуговой лампы (рис. 54).
Расстояние между источником ультрафиолетового излучения и цинковой пластиной подбирается опытным
путем.
§ 2. ПРИНЦИП УСТРОЙСТВА И ДЕЙСТВИЯ
ФОТОЭЛЕМЕНТА
Опыт 48. Хорошо зачищенную цинковую пластину
укрепляют на стержне электрометра и освещают потоком
ультрафиолетового излучения. Можно ожидать, что возникнет явление внешнего фотоэлектрического эффекта,
т. е. будет происходить выбивание электронов с поверхности цинка и появление на пластине положительного
заряда. Однако этого не наблюдается.
Если же вблизи незаряженной цинковой пластины поместить положительно заряженную стеклянную палочку,
то стрелка электрометра начинает медленно отклоняться
(рис. 55). При удалении положительно заряженной палочки заряд электрометра не пропадает. Следовательно,
электрометр получил заряд не вследствие электростатической индукции.
Демонстрационная установка имеет основные детали
49
Рис. 55
фотоэлемента: цинковую пластину — слой металла (катод), из которой квантами света выбиваются электроны,
и положительно заряженную стеклянную палочку (анод),
на которую прилетают выбитые с катода электроны.
§ 3. ОПЫТ СТОЛЕТОВА
Опыт 49. В комплект по фотоэффекту КПФ-1 входит
цинковая пластина в корпусе с сеткой. Сетка отделена от
цинковой пластины прокладкой, которая изолирует эти
две детали друг от друга и определяет дистанцию между
сеткой и цинковой пластиной.
Цинковая пластина легко снимается и устанавливается в корпус и там закрепляется плоской пружиной. Сетка
и пластина имеют выводы к зажимам на корпусе.
Хорошо зачищенную пластину вставляют в корпус
и располагают в непосредственной близости от мощного
источника ультрафиолетового излучения. Пластину и сетку включают в цепь источника постоянного тока последовательно с зеркальным гальванометром (рис. 56). На сетку подают плюс высокого напряжения (350 В).
При одновременном включении выпрямителя и ультрафиолетового осветителя в пространстве между цинковой
пластиной и сеткой возникает фототок, вызывающий отклонение светового указателя гальванометра.
50
Рис. 56
Т. Т. Опыт получается лишь с достаточно мощным источником ультрафиолетового излучения — с лампой
ПРК-4.
Получить ожидаемое явление с осветителем «Фотон»
не удается.
§ 4. ЗАКОНЫ ВНЕШНЕГО ФОТОЭФФЕКТА
Опыт 50. На оптической скамье установлены осветитель без конденсора и фотоэлемент Ф-26.
Электрическая цепь собрана по схеме (рис. 57). Вольтметр с добавочным сопротивлением рассчитан на напряжение 350 В постоянного тока. Осветитель включен в сеть
через регулятор напряжения (рис. 58).
Фотоэлемент освещают потоком света из осветителя.
Напряжение на электродах фотоэлемента плавно увеличивают. Пропорционально возрастающему напряжению
возрастает сила тока в цепи фотоэлемента.
При неизменном напряжении на электродах фотоэлемента изменяют напряжение питания осветителя. При
уменьшении
освещенности
фотоэлемента фототок уменьшается.
При уменьшенной освещенности фотоэлемента напряжение на его электродах
плавно увеличивают от нуля.
Сначала сила фототока возрастает, затем, несмотря на
продолжающееся увеличение
Рис. 57
51
Рис. 58
напряжения на электродах фотоэлемента, фототок остается неизменным (ток насыщения).
Если опыт повторить, предварительно незначительно
увеличив освещенность фотоэлемента, ток насыщения
установится при меньшей разности потенциалов между
катодом и анодом фотоэлемента.
Т. Т. Освещенность фотоэлемента и напряжение, при
котором наступает явление насыщения, подбирают в про-
Рис. 59
52
цессе подготовки демонстрации. Но нужно учесть, что
если подготовка проводилась при естественном освещении помещения, то на успех опыта может существенное
влияние оказать случайная тучка, изменившая общее
освещение помещения. Целесообразно подготовку опыта
и его проведение осуществлять в затемненном помещении, но при включенном искусственном освещении.
Следует также учесть, что освещенность фотоэлемента
существенно зависит от расстояния между фотоэлементом и лампой осветителя, поэтому место установки фотоэлемента, определенное при подготовке демонстрации,
должно быть соблюдено и при проведении демонстрации.
Внимание!!! Фотоэлемент Ф-26 из комплекта приборов
КПФ-1 заключен в светонепроницаемый кожух, из которого соединительными проводами сделаны выводы от анода и катода фотоэлемента. Полярность проводов обозначена знаками «+» и «–» на кожухе в месте вывода проводов.
Однако в большой партии фотоэлементов полярность
выводов обозначена неверно. Прежде чем начинать работу с фотоэлементом Ф-26, следует проверить правильность маркировки соединительных проводов. Для этого
достаточно снять верхнюю часть кожуха фотоэлемента
и проверить обозначенную полярность провода, идущего
к колпачку в верхней части стеклянного баллона фотоэлемента. Колпачок соединен с катодом фотоэлемента,
следовательно, провод, идущий от колпачка, должен
быть обозначен знаком «–».
За неимением фотоэлемента Ф-26 опыты по законам
внешнего фотоэффекта можно проводить с газонаполненным фотоэлементом ЦГ-3, который применяется в приборе РЭУ (реле электронное универсальное).
Фотоэлемент ЦГ-3 укреплен в зажимах на пластине
с контактами и легко снимается с панели РЭУ.
Различить анод и катод фотоэлемента ЦГ-3 нетрудно
по диаметру цилиндрического вывода. Цилиндрический
вывод большего диаметра соединен с анодом фотоэлемента. На рисунке 59 изображены фотоэлемент Ф-26 со снятой верхней частью светозащитного кожуха и фотоэлемент ЦГ-3 (справа) с подключенными соединительными
проводами.
§ 5. ЗАВИСИМОСТЬ ЗАДЕРЖИВАЮЩЕГО
НАПРЯЖЕНИЯ ОТ ЧАСТОТЫ СВЕТА
Опыт 51. На оптической скамье устанавливают осветитель и фотоэлемент Ф-26 в кожухе на стойке. Собирают электрическую цепь из фотоэлемента, вольтметра
53
с добавочным сопротивлением, рассчитанным на напряжение 1,5 В, зеркального
гальванометра (М1032-МЗ) и
источника электропитания
регулируемого постоянного
тока ИЭПП-2 (рис. 60). Особое внимание надо обратить
на полярность включения
фотоэлемента: анод должен
Рис. 60
быть соединен с отрицательным полюсом источника питания.
В первой части демонстрации при нулевой разности
потенциалов на электродах фотоэлемента при включении
осветителя указатель зеркального гальванометра смещается на 2 деления, сигнализируя о появлении электрического тока в цепи фотоэлемента.
Фототок не исчезает, если окно в кожухе фотоэлемента
закрыть синим светофильтром. При желтом светофильтре
фототок существенно уменьшается и совсем прекращается, если поставить красный светофильтр.
Удалив светофильтр, плавно увеличивают напряжение
на фотоэлементе, при этом сила фототока уменьшается.
Определяют запирающее напряжение, т. е. напряжение,
при котором ток в фотоэлементе прекращается (рис. 61).
Затем то же самое проделывают с синим и желтым светофильтрами, замечая, что с уменьшением частоты света
уменьшается запирающее напряжение.
Рис. 61
54
§ 6. ФОТОРЕЛЕ НА ФОТОЭЛЕМЕНТЕ
Опыт 52. Фотоэлемент Ф-26 (из комплекта КПФ-1)
включают в цепь регулируемого источника постоянного
тока напряжением до 250 В последовательно с обмоткой поляризованного электромагнитного реле (рис. 62).
В цепь контактов реле включают электрическую лампу.
После включения источника тока электрическая лампа
загорается. Фотоэлемент освещают пучком света и плавно увеличивают напряжение на его электродах. При некотором напряжении (в зависимости от освещенности
фотоэлемента) сила тока в цепи фотоэлемента возрастает настолько, что срабатывает электромагнитное реле и
электрическая лампа в цепи нормально замкнутых контактов выключается (рис. 63).
Если затемнить фотоэлемент, прервав любым способом пучок света из осветителя, электрическая лампа
вновь включается.
Опыт 53. Для демонстрации фотореле промышленность выпускает прибор РЭУ (реле электронное универсальное).
Рис. 62
Рис. 63
55
Рис. 64
Для данной демонстрации в приборе используют газонаполненный фотоэлемент ЦГ-3, фототок которого усиливается электронной лампой. В анодную цепь электронной
лампы включено электромагнитное реле.
Питание панели универсального электронного реле
включают в соответствии со знаками, нанесенными у зажимов. Электрическую лампу (6 В, 0,28 А) включают
в цепь контактов электромагнитного реле (рис. 64).
Целесообразно подготовку к демонстрации и демонстрацию фотореле проводить следующим образом.
Анодную цепь питают регулируемым напряжением
(0—250 B) от источника постоянного тока ВУП-2. После
включения выпрямителя следят за появлением накала
лампы. Затем включают осветитель и направляют пучок
света на фотоэлемент. Плавно повышают анодное напряжение настолько, чтобы включилась лампа в цепи контактов электромагнитного реле. Если теперь прервать пучок света, идущий от осветителя к фотоэлементу, то сигнальная лампа фотореле выключится.
Желательно настройку и демонстрацию фотореле проводить в полузатененном помещении. При изменении общей освещенности помещения настройка фотореле может
измениться.
Если есть необходимость проведения демонстрации
в освещенном помещении, то фотоэлемент должен быть
помещен в специальный светозащитный корпус с отверстием для светового пучка, идущего к электродам фотоэлемента. Светозащитный корпус фотоэлемента входит
в комплект деталей набора РЭУ.
Т. Т. В цепь контактов электромагнитного реле не следует включать приборы, потребляющие ток напряжени56
ем, превышающим 27 В, при силе тока более 0,3 А, в противном случае электрические контакты могут обгореть
и реле выйдет из строя.
Универсальное электронное реле имеет в цепи сетки
потенциометр. Регулятор потенциометра должен находиться в среднем положении.
Если демонстрация проводится в затемненном помещении, то возможна такая ситуация, когда при выключенном осветителе сигнальная лампа не гаснет, если она
включена в цепь нормально открытых контактов. Происходит это потому, что свет от сигнальной лампы попадает
на фотоэлемент.
§ 7. ХИМИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ СВЕТА
Опыт 54. В полузатененном кабинете из конверта
черной бумаги быстро достают лист фотографической бумаги и круглым керамическим магнитом прикрепляют
его к экрану (в качестве экрана удобно использовать диск
раздвижного конденсатора).
Фотобумага должна быть обращена эмульсионным
слоем к учащимся. После этого можно осветить кабинет
или направить на лист фотобумаги сильный пучок света
из осветителя (рис. 65).
Пока ведется объяснение сути проводимого опыта,
в эмульсионном слое фотобумаги под действием света
Рис. 65
57
происходит химическое изменение, в ходе которого бромистое серебро (имеющее желтовато-зеленый оттенок)
превращается в металлическое серебро, имеющее черный
цвет.
На участке фотобумаги, закрытом от действия света
керамическим магнитом, химическая реакция не происходит. Когда спустя 1—2 мин керамический магнит удаляют, учащиеся видят светлую тень кольца на потемневшем фоне.
Т. Т. Для опыта можно использовать любую фотографическую бумагу, в том числе и с просроченным сроком
годности, но не засвеченную. Скорость потемнения разных сортов бумаги в этом эксперименте различна, поэтому время экспозиции определяют опытным путем (его
время можно сократить, если направить на бумагу сильный пучок света из аппарата ФОС).
Совсем мало времени потребуется, если, перед тем как
освещать фотобумагу, ее эмульсионный слой увлажнить
проявителем — в этом случае эффект потемнения не защищенного от света эмульсионного слоя бумаги происходит очень быстро. Так же быстро начинает исчезать светлое изображение тени керамического магнита после того,
как бумага будет снята с экрана.
§ 8. ФОТОГРАФИРОВАНИЕ, ПОЛУЧЕНИЕ НЕГАТИВА
И ПОЗИТИВА
Опыт 55. В затемненном кабинете при красном свете
фотографического фонаря на металлическую пластину
(удобно использовать диск раздвижного конденсатора)
помещают лист рентгеновской пленки и закрепляют его
керамическим кольцевым магнитом. На короткое время
включают осветитель. Продолжительность освещения зависит от типа используемой пленки и подбирается опытным путем в процессе подготовки опыта.
Экспонированную пленку помещают в плоскую кювету с проявителем. Кюветы с проявителем, водой и закрепителем размещают на общем держателе (рис. 66).
Рентгеновская пленка, опущенная в проявитель, должна быть обращена эмульсионным слоем в сторону учащихся. Эмульсионный слой освещают красным фонарем
для фотографических работ. Вместо лабораторного фонаря можно использовать осветитель со вставленным красным светофильтром.
В растворе ускоренного проявителя пленка быстро
чернеет, и на ней появляется ясно видимое изображение
кольца.
58
Рис. 66
Пинцетом пленку переносят в кювету с водой и промывают. Учащимся показывают, что с обратной стороны
(со стороны подложки) пленка покрыта белесым налетом
непрореагировавшего серебра. Для удаления серебра, не
вступившего в реакцию, пленку помещают в раствор закрепителя. Осветитель с красным светофильтром ставят
за кюветой. Учащиеся наблюдают, как в растворе закрепителя пленка постепенно становится прозрачной в местах, не освещенных при фотографировании.
После того как весь белесый налет на пленке в закрепителе будет удален, можно включить общее освещение
в кабинете. Полученный негатив демонстрируют на фоне
светящегося экрана.
Так как сушка негатива занимает сравнительно много
времени, то учащимся показывают негатив, полученный
в процессе подготовки опыта. Будучи высушенным, негатив по виду не отличается от только что полученного,
и его используют для получения позитивного изображения.
Опыт 56. В затемненном кабинете при красном свете
на лист фотографической бумаги помещают негатив
эмульсионным слоем к эмульсионному слою бумаги и
прижимают стеклом, засвечивают их с помощью осветителя. Время засветки подбирают опытным путем в процессе подготовки опыта.
59
Экспонированную бумагу помещают в кювету с тем
же проявителем, где велась обработка пленки. Эмульсионный слой бумаги должен быть обращен к учащимся
и освещен красным светом. Учащиеся наблюдают появление позитивного изображения на бумаге. Затем лист
бумаги переносят в кювету с водой, промывают и помещают в кювету с закрепителем.
В растворе закрепителя видимых изменений на фотографической бумаге не происходит. Если используется
быстродействующий кислый фиксаж, то уже через минуту от начала процесса закрепления можно включить
общее освещение и показать учащимся полученное позитивное изображение.
Предложенная схема демонстрации позволяет при минимальных затратах времени обеспечить хорошо наблюдаемый процесс получения негатива и позитива.
Глава 5. ИСПУСКАНИЕ И ПОГЛОЩЕНИЕ
СВЕТА АТОМАМИ
§ 1. ЛИНЕЙЧАТЫЙ СПЕКТР ИСПУСКАНИЯ
Опыт 57. На оптической скамье устанавливают осветитель ультрафиолетовый «Фотон», раздвижную щель,
объектив и трехгранную дисперсионную призму «флинт».
Предварительно сняв призму, получают при включенном осветителе возможно яркое и четкое изображение
щели. Чтобы повысить яркость изображения, щель раздвигают полностью. Затем, установив на столик трех-
Рис. 67
60
гранную призму (рис. 67), получают на белом экране линии испускания паров ртути: оранжевую, желтую, синюю и фиолетовую.
Так как осветитель «Фотон» излучает слабый поток
видимого света, то демонстрацию приходится проводить
в полностью затемненном кабинете.
Опыт 58. Гораздо более яркий линейчатый спектр испускания наблюдают, используя в качестве источника света ртутно-кварцевую лампу ПРК-4. Осветитель с лампой
ПРК-4 устанавливают на скамье ФОС и между объективом
и лампой помещают горизонтально расположенную щель.
После получения на экране четкого изображения щели за
объективом устанавливают призму прямого зрения. Ребро
призмы должно быть параллельно щели (рис. 68).
Т. Т. В отличие от трехгранной призмы призма прямого зрения искажает линейчатый спектр испускания паров ртути. Линии спектра получаются размытыми, рядом
с оранжевой линией появляется размытая красноватая
полоса.
Но если вместо призмы прямого зрения установить
трехгранную призму «флинт», то яркие и четкие линии
испускания паров ртути можно наблюдать в не полностью
затемненном кабинете. Следует лишь учитывать, что максимальная яркость изображения будет достигнута при
взаимно параллельных лампе, щели и ребре призмы. При
горизонтальном положении ребра трехгранной призмы
изображение спектра будет получено либо на потолке помещения, либо на крышке стола. Чтобы изображение
спектра спроецировать на вертикальный экран, надо воспользоваться плоским зеркалом.
Рис. 68
61
§ 2. СПЕКТР ПОГЛОЩЕНИЯ
Опыт 59. С помощью основной установки для получения сплошного спектра (см. рис. 14), на экране получают сплошной спектр.
Между щелью и объективом устанавливают плоскую
стеклянную кювету, в которую наливают воду до такого
уровня, чтобы граница воздуха и воды в кювете делила
изображение спектра пополам (рис. 69).
Рис. 69
В воду небольшими порциями добавляют концентрированный раствор марганцовокислого калия. Воду в кювете тщательно перемешивают для получения однотонного цвета. По мере изменения цвета жидкого фильтра
в изображении сплошного спектра в зеленой области появляются темные полосы, которые темнеют и сливаются
затем в широкую полосу с размытыми краями.
§ 3. ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ
Опыт 60. Из осветителя проекционного аппарата ФОС
удаляют конденсор и ставят диск-ширму с держателем
для светофильтров.
Рядом со скамьей проекционного аппарата устанавливают картонный складной экран, одна половина которого
заклеена черной бумагой. Экран располагают так, чтобы
его черная часть не освещалась светом проекционной
лампы, а на белую часть падал свет из осветителя.
62
Рис. 70
В первой части опыта на фоне белого экрана устанавливают набор по флуоресценции, состоящий из трех стеклянных трубок, наполненных растворами эозина, флуоресцина и родамина (рис. 70).
Свет, отразившись от белого экрана, проходит через
жидкости, и учащиеся видят цвет жидкостей в трубках:
эозина — светло-оранжевый, флуоресцина — светло-желтый и родамина — светло-розовый.
Затем набор жидкостей перемещают ближе к осветителю, и, когда он оказывается на фоне черного экрана, цвет
жидкостей изменяется. Теперь учащиеся видят цвет жидкостей под воздействием белого света осветителя. Эозин
приобретает темно-зеленый цвет, флуоресцин — изумрудно-зеленый, родамин — светло-желтый.
Если теперь в держатель диска-ширмы вставить синий
или фиолетовый светофильтр, то по-прежнему можно наблюдать свечение жидкостей под воздействием теперь уже
фиолетового света.
Фиолетовый светофильтр заменяют красным. В красном свете все три жидкости кажутся бесцветными и в проходящем свете, на фоне белого экрана, и на фоне черного
экрана.
§ 4. ЛАМПА ЛЮМИНЕСЦЕНТНАЯ
Опыт 61. Одним из наиболее распространенных применений люминесценции в быту является люминесцентная лампа.
63
Рис. 71
Для показа люминесцентной лампы в действии промышленность выпускает специальный прибор (рис. 71),
представляющий собой люминесцентную лампу мощностью 15 Вт, смонтированную вместе с ограничивающим
силу тока дросселем и устройствами для включения лампы (пусковой кнопкой и стартером) в пластмассовом корпусе. Выполненная белой краской по черному фону схема
электрических соединений позволяет объяснить способ
включения лампы в сеть.
Предусмотрено включение лампы с помощью стартера
и (при удаленном стартере) кнопкой «Пуск».
§ 5. ЛАЗЕР
Опыт 62. Лазер газовый учебный ЛГН-319 позволяет
демонстрировать его конструкцию в рабочем состоянии.
Винты, которыми крепится наружный металлический
кожух, имеют накатку, позволяющую откручивать их
руками без использования инструмента. Открутив четыре
винта, снимают наружный кожух.
Рис. 72
64
Лазер снабжен еще внутренним защитным кожухом,
изготовленным из прозрачной пластмассы. Прозрачный
внутренний кожух надежно защищает от поражения
электрическим током и в то же время позволяет видеть
основные детали лазера.
Свечение разряда активного элемента не содержит лазерного или ультрафиолетового излучения и полностью
безопасно.
Катод активного элемента представляет собой полый дюралюминиевый цилиндр, расположенный в баллоне газоразрядной трубки (рис. 72).
Оптические выходные окна газоразрядной трубки
скрыты герметизирующими стаканами.
Лазерное излучение появляется со стороны переднего
(полупрозрачного) зеркала.
Лазерное излучение полностью поляризовано. Убедиться в этом можно, если поставить на пути лазерного
пучка поляроид. Вращая поляроид, можно наблюдать потемнение светового пятна на экране вплоть до полного
его исчезновения.
ЧАСТЬ II. АТОМНАЯ ФИЗИКА
Глава 6. РАДИОАКТИВНОСТЬ
§ 1. МОДЕЛЬ ОПЫТА РЕЗЕРФОРДА
Опыт 63. Хорошо наблюдаемая модель опыта Резерфорда по рассеиванию альфа-частиц может быть показана в проекции на экран с помощью простейшего самодельного прибора.
В плоскопараллельную кювету вставляют пластинку
из прозрачной пластмассы размером 80 × 100 мм, в центральной части пластинки приклеивают кольцевой керамический магнит диаметром
10 мм. На пластинку нанесено
несколько вертикальных штрихов (рис. 73).
Кювету с пластинкой устанавливают в проекционный аппарат ФОС, подготовленный
для проекции на вертикальный
экран, и наливают в кювету
вязкую жидкость (глицерин,
Рис. 73
машинное масло).
Рис. 74
66
При демонстрации модели опыта Резерфорда в кювету
опускают маленькие кольцевые магнитики. Замедленно
падая в вязкой жидкости, магнитики взаимодействуют
с центральным магнитом и искривляют траекторию своего движения.
В проекции на экран теневое изображение центрального магнита условно обозначает ядро атома, а падающие
магнитики — альфа-частицы (рис. 74).
Штрихи на пластинке позволяют учителю выбрать начальную точку движения магнитика в кювете (прицельное расстояние), а в проекции на экран помогают ученикам оценить степень отклонения альфа-частицы в результате взаимодействия с ядром атома.
Т. Т. Для того чтобы магнитики взаимодействовали
(отталкивались друг от друга при сближении), их одноименные полюса следует обозначить, например пометить
краской или наклеить цветную липкую ленту. Тогда перед опусканием в кювету достаточно будет все магнитики
развернуть отмеченной поверхностью в одну сторону.
§ 2. НАБЛЮДЕНИЕ ТРЕКОВ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ
В КАМЕРЕ ВИЛЬСОНА
Опыт 64. Демонстрационная камера Вильсона представляет собой пластмассовое кольцо, заклеенное с обеих
сторон пластинами органического стекла. На боковой поверхности кольца имеется патрубок для соединения внутренней полости камеры с резиновой грушей. Внутри камеры, в ее центре, находится препарат, испускающий
альфа-частицы (рис. 75).
При адиабатическом охлаждении паров спирта внутри
камеры жидкость конденсируется вокруг ионов, образо-
Рис. 75
67
ванных прохождением альфа-частиц через воздух. След
прохождения альфа-частицы (трек) обнаруживается в виде
полоски тумана.
Аппарат ФОС подготавливают для горизонтального
проецирования и на верхнюю линзу конденсора устанавливают камеру для наблюдения альфа-частиц.
В резиновую грушу набирают пары смеси, прилагаемой к камере. Соединяют грушу с камерой резиновой
трубкой. Медленно и сильно сжимают грушу, повышая
давление в камере, и резко отпускают. При адиабатическом расширении газа происходит охлаждение паров
в камере и образование капелек конденсата по траектории полета альфа-частицы (рис. 76).
Т. Т. Демонстрация треков альфа-частиц относится
к числу «капризных». Одна из наиболее часто случающихся неприятностей заключается в том, что в камере
образуется сплошной туман, в котором становятся неразличимыми треки заряженных частиц.
Есть две характерные причины образования сплошного тумана.
1. Источник радиоактивного излучения испускает заряженные частицы непрерывно. В камере газ ионизируется по всему объему и влага конденсируется вокруг всех
Рис. 76
68
ионов, а не только тех, что образовались в данный момент по траектории полета альфа-частицы.
Камеру легко привести в рабочее состояние, если нейтрализовать избыток ионов зарядом статического электричества на поверхности органического стекла. Для этого натирают окна камеры сухой бумагой. Эту операцию
целесообразно выполнить заблаговременно, с тем чтобы
к моменту демонстрирования произошло выравнивание
электростатического поля по всей плоскости пластин, образующих окна камеры.
2. Другая, более трудно устранимая причина заключается в избытке насыщенных паров жидкости в камере.
Не следует набирать в резиновую грушу капельки
жидкости. Достаточно всосать в грушу пары над поверхностью жидкости. Если количество паров окажется недостаточным, то процедуру можно повторить. Но если камера окажется наполненной парами жидкости с избытком, то проветрить камеру будет затруднительно.
Избыток ионов или паров в камере обнаруживается
следующим образом. Смотрят на камеру сбоку при включенной проекционной лампе и, медленно сжав грушу,
резко ее отпускают. Если в камере в момент отпускания
груши образуется белесое, быстро исчезающее пятно тумана, то надеяться на успешное проведение демонстрации не приходится.
Если в момент резкого отпускания груши в камере появляются туманные полоски, идущие от центра камеры
и быстро тающие, то надо побеспокоиться о том, чтобы
это явление учащиеся увидели на экране.
Не следует долго держать камеру на конденсоре включенного проекционного аппарата. От этого камера нагревается, и конденсация насыщенных паров жидкости прекращается, а следовательно, прекращаются образования
туманных следов пролетевших альфа-частиц.
К прибору прилагается ампула смеси, состоящей из
спирта (50%), ацетона (25%) и воды (25%). Если всасывать в грушу только насыщенный пар над поверхностью
этой смеси, то прилагаемого к прибору количества жидкости хватает на несколько лет.
В случае отсутствия фабричной смеси в грушу можно
засасывать пары этилового спирта.
§ 3. ИОНИЗИРУЮЩЕЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
Опыт 65. В цепь регулируемого источника постоянного тока включают неоновую лампу последовательно
с нагрузочным сопротивлением (рис. 77). Плавно повы69
шая напряжение, устанавливают его значение ниже порога зажигания неоновой
лампы (рис. 78).
Если поднести к неоновой
лампе источник ионизирующего излучения, то в ней возникает
несамостоятельный
разряд,
и
газ
в лампе начинаРис. 77
ет светиться. При удалении
источника ионизирующего излучения лампа гаснет.
Т. Т. В данной демонстрационной установке использована неоновая лампа типа ТН-0,2-2, в качестве нагрузочного сопротивления — добавочное сопротивление к демонстрационному вольтметру, рассчитанное на напряжение 250 В переменного тока.
Особое внимание следует обратить на используемый
выпрямитель. Выпрямитель не должен содержать конденсаторы сглаживающего фильтра, вот почему непригодным для этой демонстрации оказывается выпрямитель
ВУП-2. Дело в том, что, зарядившись до напряжения зажигания неоновой лампы при подборе напряжения, конденсатор очень медленно разряжается через внешнюю
Рис. 78
70
цепь, имеющую большое сопротивление. Поэтому разряд
в лампе поддерживается за счет напряжения на обкладках конденсатора. Становится практически невозможным
подобрать критическое напряжение, при котором еще не
возникает разряд в лампе, но которое достаточно для возникновения несамостоятельного разряда с приближением
к лампе маломощных источников ионизирующего излучения из набора «Плутон».
Сильный свет может спровоцировать несамостоятельный разряд в неоновой лампе, поэтому настройку и демонстрацию лучше проводить в полузатененном помещении. К тому же свечение газа в небольшой неоновой лампе лучше наблюдать в затемненном помещении.
§ 4. ИНДИКАТОР ИОНИЗИРУЮЩИХ ЧАСТИЦ
Опыт 66. Индикатор ионизирующих частиц представляет собой газоразрядный счетчик СБМ-20, смонтированный на панели вместе с резистором и конденсаторами, позволяющими подключать счетчик к усилителю
низкой частоты. Необходимое для работы газоразрядного
счетчика напряжение подается к индикатору от выпрямителя ВУП-2 через восьмиштырьковый разъем. Выход
индикатора соединяют с гнездами звукоснимателя усилителя (рис. 79).
Рис. 79
После включения выпрямителя и усилителя в громкоговорителе раздаются редкие щелчки, вызванные электрическим разрядом между электродами газоразрядного
счетчика в момент ионизации газа пролетающей ионизирующей частицей. Источником ионизирующих частиц
в этом случае является космическое излучение.
Если поднести к газоразрядному счетчику радиоактивный источник излучения, частота щелчков в громкоговорителе возрастет.
Т. Т. Здесь и в последующих опытах используется
учебный набор радионуклидных источников излучения
типа «Плутон». Четыре источника излучения, составля71
Рис. 80
ющие набор, представляют собой радионуклиды: натрий-22 как источник позитронов, стронций-90 как источник электронов, плутоний-238 как источник альфа-частиц, кобальт-60 как источник фотонов.
Каждый из источников излучения размещен в алюминиевой гильзе, укрепленной на пластине из нержавеющей стали. Все четыре источника излучения размещены
в гнездах защитного контейнера (рис. 80).
Суммарная активность радионуклидов в наборе не
превышает минимально значимой активности по нормам
радиационной безопасности.
К сожалению, в настоящее время наша промышленность не производит радиоактивные препараты для учебного физического эксперимента. Набор радиоактивных
препаратов, аналогичный тем, что входили в набор «Плутон», сейчас можно приобрести в фирме LEYBOLD
DIDACTIC GMBH (Германия).
В качестве источников бета- и гамма-излучения можно
использовать калийные соли: хлористый калий KCl или
карбонат калия K2CO3. Калийную соль насыпают в алюминиевый цилиндр, который заклеивают тонкой бумагой.
§ 5. СЧЕТЧИК ИОНИЗИРУЮЩИХ ЧАСТИЦ
Опыт 67. К индикатору ионизирующих частиц одновременно подключают и усилитель низкой частоты,
и счетчик электрических импульсов ССЭШ-63 (рис. 81).
Такое соединение позволяет регистрировать ионизирующие частицы не только на слух, но и автоматически,
даже при быстром следовании одной частицы за другой.
72
Рис. 81
Над газоразрядной трубкой укрепляют в штативе
диск-ширму, в пазы которой можно вставить пластину
с тем или иным источником излучения. На кольцо между
источником излучения и счетной трубкой помещают пластинки из разного материала: картона, фанеры, стекла,
металла и т. д. — для исследования проникающих способностей различных ионизирующих частиц.
Для согласования начала счета частиц и отсчета времени кнопку «Сброс» электронного счетчика-секундомера держат нажатой и отпускают одновременно с началом
отсчета времени.
Переключатель рода работы электронного счетчикасекундомера должен стоять в положении «Электрические
импульсы».
Правый крайний декатрон ведет счет единиц импульсов, другой — десятков, а левый крайний — сотен импульсов.
Т. Т. Вместо индикатора ионизирующих частиц можно использовать лабораторный счетчик ионизирующих
частиц.
Лабораторный счетчик имеет автономный источник
питания, что упрощает демонстрационную установку.
Гнезда, предназначенные для включения телефонов, соединяют со счетчиком электрических импульсов (рис. 82).
Для работы газоразрядной трубки требуется высокое
напряжение, его получают преобразованием напряжения
4,5 В (плоская батарея типа 3336) в напряжение 400 В.
Этим высоким напряжением заряжают конденсатор, который и станет источником питания для газоразрядной
трубки. Заряжают конденсатор предварительным нажатием в течение 2—3 с кнопки включения преобразователя напряжения. Дальнейшая работа счетчика ионизирующих частиц происходит только за счет заряда, накопленного конденсатором, поэтому при каждом повторном
измерении предварительно заряжают конденсатор.
73
Рис. 82
Все остальные демонстрации с лабораторным счетчиком не отличаются от демонстраций с индикатором ионизирующих частиц.
§ 6. ОТКЛОНЕНИЕ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ
МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ
Опыт 68. Газоразрядную трубку индикатора ионизирующих излучений укрепляют в штативе над электромагнитом, между полюсными наконечниками которого
находится источник бетта-излучения. Ось трубки и зазор
между полюсными наконечниками должны быть взаимно
параллельными.
Газоразрядную трубку подключают к выпрямителю
ВУП-2, а выход индикатора — к входу усилителя низкой
частоты.
В обмотку электромагнита (полное число витков катушки) универсального трансформатора (120/220) через
выключатель подают постоянный ток напряжением 20 В
(рис. 83).
74
Рис. 83
Настройка установки заключается в том, чтобы подобрать такое положение счетной трубки относительно источника ионизирующего излучения, при котором частота
щелчков в громкоговорителе явно превышает естественный фон.
Рис. 84
75
В момент включения магнитного поля частые щелчки
индикатора прекращаются. После выключения магнитного поля частота щелчков возрастает вновь.
При включенном магнитном поле, когда частые щелчки прекратились, передвигают счетную трубку относительно щели и находят такое ее положение, при котором
частота щелчков вновь возрастает. Но при прекращении
подачи тока в обмотку электромагнита частота щелчков
резко уменьшается.
Т. Т. Неожиданно сложным в этой демонстрации оказывается сохранение постоянного зазора между полюсными наконечниками электромагнита. В момент включения
электрического тока в обмотку магнитное взаимодействие притягивает наконечники друг к другу. Не помогают
и сильно затянутые винты крепления.
Наиболее просто решается эта задача, если вложить
между полюсными наконечниками обрезок деревянной
рейки толщиной 5 мм (рис. 84).
Источник ионизирующего излучения удобно помещается на каркасе катушки и не требует дополнительного
крепления.
§ 7. РАДИОМЕТР
Опыт 69. Принцип устройства и действия радиометра нетрудно показать на такой установке. На индикатор
ионизирующих частиц подают напряжение, необходимое
для работы газоразрядного счетчика. Выход индикатора
соединяют с усилителем низкой частоты (гнезда «Звукосниматель»). Вместо громкоговорителя на выход усилителя включают конденсатор 0,5 мкФ (из набора конденсаторов к лабораторному практикуму) и демонстрационный гальванометр от амперметра с добавочным
сопротивлением 19 000 Ом (дополнительное сопротивление, рассчитанное на напряжение 250 В переменного
тока к демонстрационному гальванометру от вольтметра).
Гальванометр включают зажимами переменного тока
(рис. 85, 86).
Рис. 85
76
Рис. 86
В момент пролета ионизирующей частицы разряд
в газоразрядном счетчике вызывает появление электрического импульса на выходе усилителя низкой частоты.
Этот импульс сообщает заряд конденсатору. Если нет последующего импульса или они следуют друг за другом
редко, то конденсатор разряжается через подключенные
к нему резистор и гальванометр. Разрядный ток невелик,
и стрелка гальванометра отклоняется от нулевого значения незначительно.
Если через газоразрядный счетчик проходит много
ионизирующих частиц, то конденсатор не успевает разрядиться полностью. Возрастающая разность потенциалов
на обкладках конденсатора вызывает увеличение разрядного тока. Стрелка гальванометра отклоняется на большой угол.
После подачи напряжения на индикатор ионизирующих частиц и усилитель низкой частоты обращают внимание на стрелку гальванометра — отклонение ее едва
заметно. Но если поднести к газоразрядному счетчику источник ионизирующих частиц, то стрелка гальванометра
отклоняется тем больше, чем ближе к газоразрядному
счетчику источник излучения и выше его радиоактивность.
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
Часть I. ОПТИКА
Глава 1. СВЕТОВЫЕ ВОЛНЫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
§ 1. Интерференционные полосы в тонких пленках . . . . .
§ 2. Демонстрация колец Ньютона . . . . . . . . . . . . . . . . .
§ 3. Смещение полос интерференции при нагревании . . . .
§ 4. Дифракция света от тонкой нити. . . . . . . . . . . . . . .
§ 5. Дифракция от щели . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
§ 6. Дифракция света на круглом непрозрачном
препятствии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
§ 7. Дифракционное рассеивание на маленьких частицах
(венцы) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
§ 8. Получение спектра с помощью дифракционной
решетки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
§ 9. Поляризация света поляроидами . . . . . . . . . . . . . . .
§ 10. Применение поляроидов для изучения механических
напряжений в деталях конструкций . . . . . . . . . . . .
§ 11. Напряжения в стекле вследствие анизотропии
теплопроводности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
§ 12. Хроматическая поляризация . . . . . . . . . . . . . . . . .
§ 13. Опыты с зонными пластинками Френеля. . . . . . . . .
§ 14. Разложение белого света в спектр . . . . . . . . . . . . .
§ 15. Сложение спектральных цветов . . . . . . . . . . . . . .
4
4
5
7
7
8
9
9
10
11
12
13
14
15
17
19
Глава 2. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ИЗЛУЧЕНИЯ
РАЗЛИЧНЫХ ДЛИН ВОЛН . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
§ 1. Зависимость поверхностной плотности потока
излучения от расстояния до источника . . . . . . .
§ 2. Невидимые излучения в спектре нагретого тела
(инфракрасное излучение). . . . . . . . . . . . . . . .
§ 3. Невидимые излучения в спектре нагретого тела
(ультрафиолетовое излучение) . . . . . . . . . . . . .
§ 4. Свойства инфракрасного излучения . . . . . . . . .
§ 5. Свойства ультрафиолетового излучения . . . . . .
§ 6. Зависимость освещенности от силы света, угла
падения и расстояния до источника . . . . . . . . .
. . . . 20
. . . . 23
. . . . 26
. . . . 28
. . . . 30
. . . . 33
Глава 3. СВЕТОВЫЕ ПУЧКИ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
§ 1. Независимость световых пучков . . . . . . . . . . . . . . . 35
§ 2. Преломление света на границе раздела двух оптических
сред . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
78
§
§
§
§
3.
4.
5.
6.
Явление полного отражения . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Световод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Получение изображения при помощи линз . . . . . . . .
Получение изображения при помощи вогнутого
зеркала . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
§ 7. Ход лучей в линзах, имеющих различную оптическую
плотность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
§ 8. Сферическая аберрация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
§ 9. Хроматическая аберрация . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
37
39
41
Глава 4. СВЕТОВЫЕ КВАНТЫ. ДЕЙСТВИЕ СВЕТА . . . . .
§ 1. Явление внешнего фотоэлектрического эффекта . . . .
§ 2. Принцип устройства и действия фотоэлемента . . . . .
§ 3. Опыт Столетова . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
§ 4. Законы внешнего фотоэффекта . . . . . . . . . . . . . . . .
§ 5. Зависимость задерживающего напряжения от частоты
света . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
§ 6. Фотореле на фотоэлементе . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
§ 7. Химическое действие света . . . . . . . . . . . . . . . . . .
§ 8. Фотографирование, получение негатива и позитива . .
47
47
49
50
51
42
43
45
46
53
55
57
58
Глава 5. ИСПУСКАНИЕ И ПОГЛОЩЕНИЕ СВЕТА
АТОМАМИ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
§
§
§
§
§
1.
2.
3.
4.
5.
Линейчатый спектр испускания
Спектр поглощения . . . . . . . . .
Люминесценция . . . . . . . . . . .
Лампа люминесцентная . . . . . .
Лазер . . . . . . . . . . . . . . . . . .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
60
62
62
63
64
Часть II. АТОМНАЯ ФИЗИКА
Глава 6. РАДИОАКТИВНОСТЬ . . . . . . . . . . . . . . . .
§ 1. Модель опыта Резерфорда . . . . . . . . . . . . . . . . .
§ 2. Наблюдение треков заряженных частиц в камере
Вильсона . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
§ 3. Ионизирующее излучение . . . . . . . . . . . . . . . . .
§ 4. Индикатор ионизирующих частиц . . . . . . . . . . . .
§ 5. Счетчик ионизирующих частиц . . . . . . . . . . . . .
§ 6. Отклонение заряженных частиц магнитным полем
§ 7. Радиометр . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . 66
. . 66
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
67
69
71
72
74
76
Учебное издание
Серия «Библиотека учителя» основана в 2000 г.
Хорошавин Станислав Андреевич
ДЕМОНСТРАЦИОННЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ ПО ФИЗИКЕ
Оптика. Атомная физика
Библиотека учителя
Зав. редакцией В. И. Егудин
Редактор В. В. Жумаев
Художественный редактор Т. В. Морозова
Художник В. С. Давыдов
Техническое редактирование и верстка Е. В. Хомутовой
Корректор Л. Ю. Румянцева
Скачать