Інформація для вчителів
Застосування
Схема досліду
Як послаблюється світло під час проходження крізь речовини?
Під час проходження світла крізь речовину або рідини його інтенсивність послаблюється. Це послаблення можна виявити за допомогою фотодіода.
У цьому досліді змінюють кількість поглинальних шарів (сірих фільтрів) і вимірюють інтенсивність світла.
Примітка: зміну кількості сірих фільтрів можна розглядати як зміну товщини одного тіла.
Інформація для вчителів
Попередні знання
Щоб розміри установки були такі, аби потім усі слайди вміщувалися між фотодіодом і світлодіодом без пересування ковзних опор, спершу тримають усі 5 слайдів між фотодіодом і тубусом світлодіода, а потім відповідно зсувають ковзні опори.
Завдання
У підсумку учні в цьому досліді виводять формулу спадання інтенсивності залежно від товщини шару, крізь який проходить світло.
Вказівки щодо виконання
Знімати покази мультиметра в затемненому приміщенні може бути дещо незручно. Щоб можна було прочитати дисплей, не спотворивши виміряного значення, варто скористатися функцією HOLD мультиметра. Для цього слайди вносять у хід променів, потім натискають кнопку HOLD, після чого можна трохи ввімкнути світло, щоб зчитати значення.
Як варіант, вимірювальний прилад можна розмістити позаду фотодіода - тоді дисплей для зчитування можна підсвітити слабким джерелом світла.
Проте дослід можна виконати і при приглушеному світлі у фізичному кабінеті.
Теоретичні відомості
Лінійність напруги фотодіода залежно від інтенсивності падаючого світла
Спадання інтенсивності за законом Ламберта - Бера:
l = шлях у рідині, α·c = коеф. спадання, характерний для речовини.
Перетворення:
Відсоткове спадання на одиницю довжини:
Спадання інтенсивності на один слайд - приблизно 45,68%, чим підтверджено спадання на 50% на слайд із відхиленням менш ніж 10%.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
Схема досліду
Як послаблюється світло під час проходження крізь речовини?
Під час проходження світла крізь речовину або рідини його інтенсивність послаблюється. Це послаблення можна виявити за допомогою фотодіода.
У цьому досліді змінюють кількість поглинальних шарів (сірих фільтрів) і вимірюють інтенсивність світла.
У підсумку в цьому досліді ви виведете формулу спадання інтенсивності залежно від товщини шару, крізь який проходить світло.
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Основа штатива, PHYWE | 02001-00 | 1 |
| 2 | Штативний стрижень, нерж. ст., l=600 мм, d = 10 мм | 02037-00 | 2 |
| 3 | Ковзна опора без кутової шкали | 09851-02 | 2 |
| 4 | Тримач діафрагм, накидний | 11604-09 | 2 |
| 5 | Сірий фільтр 50 %, у слайд-рамці без скла | 09851-11 | 5 |
| 6 | Світлодіод - білий, з послідовним резистором і гніздами 4 мм, на платі-носії | 09852-60 | 1 |
| 7 | Датчик світла з підсилювачем, з регулятором і гніздами 4 мм, на платі-носії | 09852-70 | 1 |
| 8 | Блок живлення, 5 В пост. струму | 09852-99 | 1 |
| 9 | Світлозахисний тубус для фотодіода | 09852-71 | 1 |
| 10 | Світлозахисний тубус для світлодіода, Dвн = 8 мм, l = 40 мм | 09852-01 | 1 |
| 11 | PHYWE Джерело живлення пост. струм: 0...12 В, 2 A / змін. струм: 6 В, 12 В, 5 A | 13506-93 | 1 |
| 12 | Цифровий мультиметр, 3 1/2 розрядний дисплей з NiCr-Ni термопарою | 07122-00 | 1 |
| 13 | З'єднувальний провідник, 750 мм, червоний | 07362-01 | 2 |
| 14 | З'єднувальний провідник, 750 мм, синій | 07362-04 | 2 |
Складання (1/3)
- Вказівка: для виконання цього досліду потрібно, щоб приміщення було затемнене.
- Складання відповідно до рисунків
- Закріпіть світлодіод із тримачем об'єктів на ковзній опорі та приєднайте його до блока живлення. Стежте при цьому за правильною полярністю!
Складання (2/3)
- Насуньте світлозахисний тубус на світлодіод.
- Закріпіть також фотодіод із тримачем об'єктів на ковзній опорі.
- Приєднайте його до блока живлення 5 В пост. струму.
Складання (3/3)
- Приєднайте мультиметр до фотодіода як вольтметр.
- Установіть межу вимірювання (межа вимірювання: більша за 4 В).
Виконання (1/2)
Повернутий фотодіод
- Поверніть регулятор підсилення фотодіода праворуч до упору (макс. підсилення).
- Установіть напругу для світлодіода так, щоб фотодіод був у чутливому діапазоні й не перевантажувався.
максимальне виміряне значення приблизно: 3,9 В; яскравість світлодіода встановіть так, щоб значення на фотодіоді було трохи менше за 3,9 В і могло змінюватися в обидва боки. - Запишіть виміряні значення фотодіода із сірими фільтрами і без них у таблицю 1 у протоколі.
Виконання (2/2)
Сірий фільтр у ході променів
- Внесіть перший сірий фільтр у хід променів і запишіть напругу на фотодіоді.
- Візьміть ще один сірий фільтр. Повторіть дію, доки в ході променів не будуть усі 5 сірих фільтрів.
Увага!
- Слід стежити, щоб відстань між світлодіодом і фотодіодом не змінювалася, тобто слайди треба обережно тримати в ході променів.
- Фотодіод дуже чутливо реагує на зміну відстані, і виміряні значення були б спотворені!
Протокол
Завдання 1
www.giphy.com
Запиши напругу на фотодіоді!
Кількість Напруга на
слайдів фотодіоді, В
0
1
2
3
4
5
U0
U1
U2
U3
U4
U5
Завдання 2
Яке припущення щодо зв'язку між кількістю слайдів і виміряною фотонапругою у вас виникає, коли ви дивитеся на графік праворуч до таблиці 1?
Завдання:
Припущення щодо зв'язку?
Відповідь:
Під час побудови згладжувальної кривої виникає припущення, що залежність експоненційна. Це припущення підтверджується нанесенням виміряних значень у напівлогарифмічній системі координат
Завдання 3
Чи можете ви зробити висновок про зв'язок між кількістю сірих фільтрів та інтенсивністю світла на фотодіоді, дивлячись на графік № 2?
Перетягни слова в пропуски! Виміряні значення лежать приблизно на прямій, чим встановлено ____ зв'язок між кількістю ____ і ____. Нахил прямої задає ____ слайдів.