59
4.Снять зависимость обратного тока от напряжения, увеличивая обратное напряжение от 0 до 10,0 В через интервал в 1,0 В. Данные опыта занести в таблицу в графы «обратное напряжение», «обратный ток».
5.По данным таблицы построить вольт-амперную характеристику диода.
6.По вольт-амперной характеристике диода определить его параметры:
а) прямой ток при напряжении в 1 В и соответствующее этим данным пря-
мое сопротивление |
R1 |
V1 диода; |
|
|
I1 |
|
|
|
|
||
б) обратный ток при напряжении 10,0 В и соответствующее этим данным
обратное сопротивление |
R2 |
V2 . |
|
|
I 2 |
|
|
|
|
||
7. Вычислить погрешности косвенного способа определения прямого R1 и обратного R2 сопротивлении диода.
Контрольные вопросы и задания
1.Где применяются полупроводниковые диоды и какие функции при этом они выполняют?
2.Каковы основные параметры и характеристики полупроводниковых диодов?
3.В чем заключается отличие полупроводников от проводников и изоляторов?
4.Что такое собственная, электронная и дырочная проводимости полупроводника?
5.Что такое донорные и акцепторные полупроводники? Нарисуйте их зонные диаграммы.
6.Объясните возникновение потенциального барьера на границе р—п перехода.
7.Объясните физические механизмы возникновения прямого и обратного токов диода.
8.Изобразите вольт-амперную характеристику диода и объясните ход ее ветвей.
Литература
Трофимова Т.И. Курс физики. - М.: Высшая школа, 1990 - 478 с [гл 31, с 385-394].
Лабораторная работа №9
Определение показателя преломления стеклянной пластинки с помощью микроскопа
Цель работы: Определить показатель преломления стекла относительно воздуха.
Приборы и принадлежности:
1. Микрометр
60
2.Штангенциркуль
3.Микроскоп
4.Стеклянная пластинка
Краткая теория работы: свет представляет собой электромагнитную вол- |
|
|
|
ну. Векторы напряженности магнитного Н |
и Е электрического полей со- |
ставляют между собой и с направлением распространения волны углы 90
градусов (рис. 9.1).
Е
V
Н
Рис. 9.1. Направление векторов Е , U и V в электромагнитной волне.
На границе раздела двух сред происходит отражение и преломление электромагнитной волны (изменение направления распространения волны) П р и п р е л о м л е н и и с в е т а в ы п о л н я ю т с я с л е д у ю щ и е з а к о н ы : 1. Луч падающий и преломленный лежат в одной плоскости с нормалью, восстановленной в точке его падения (рис. 9.2).
i1 |
i1 |
1 |
|
2 |
|
|
i2 |
Рис. 9.2. Ход лучей на границе раздела двух сред. |
|
2. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина, постоянная для данной длины волны. Эта величина является оптической
61
характеристикой среды 2 относительно среды 1 и называется показателем преломления:
n2,1 |
sin i1 |
. |
(1) |
|
|||
|
sin i2 |
|
|
Показатель преломления зависит от длины волны, то есть n = f(λ). Указанная зависимость позволяет получить дисперсионный спектр.
Физический смысл показателя преломления: |
n |
1 |
, |
(2) |
|
2 |
|||||
|
|
|
|
где n - показывает во сколько раз скорость света в среде 1 больше или меньше чем в среде 2. Вещества, в которых скорость света меньше, называ-
ются оптически более плотными.
Абсолютным показателем преломления называется отношение скорости света в вакууме /с/ к скорости света в веществе / /: n C . (3)
Скорость распространения света определяется магнитными и электриче-
скими характеристиками среды |
|
ε,ε0, , 0 |
|
. |
Поэтому и показатель пре- |
||
|
|
||||||
|
n |
|
|
||||
ломления является функцией этих величин: |
, |
||||||
где - диэлектрическая проницаемость. |
|
|
|
||||
μ- магнитная проницаемость среды. Магнитные и электрические свойства веществ зависят от частот магнитного и электрического полей. Следовательно, и показатель преломления будет зависеть от частоты или длины электромагнитной волны (света).
В данной работе определяется показатель преломления стекла относительно воздуха.
Рассмотрим ход лучей в плоскопараллельной стеклянной пластинке
i2 |
глаз |
|
АD
|
|
|
|
|
|
|
h1 |
|
|
|
h |
|
i1 |
|
|
В |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
||
Рис. 9.3. Ход луча в плоскопараллельной стеклянной пластинке.
62
Луч выходит из точки О под углом i1 к нормали ОА и вследствие преломления, выходит из пластины под углом i2. Тогда кажущаяся толщина пластинки h1 будет равна отрезку АВ, тогда как истинная ОА=h
Из рис. 9.3.
Учитывая, что ctg
имеем |
h |
n |
cos i2 |
. |
|
h1 |
cos i1 |
||||
|
|
|
АО = АD ctg i2 AB = AD ctg i2
АО |
h |
|
ctgi2 |
||
АВ |
h1 |
ctgi1 |
|||
cos |
(7), |
n |
|||
|
|
||||
sin |
|||||
|
|
|
|||
(4)
(5)
(6)
sin i1 , (8) sin i2
В случае нормальною падения луча OD на верхнюю поверхность пластинки i1 = i2 = 0 соотношение (9) примет вид h/h1 = n
Следовательно, для определения показателя преломления необходимо измерить истинную толщину пластинки h и кажущуюся h1 . Если на тонкой пластинке нанести 2 штриха - один на верхней стороне, другой - на нижней,- то переход от наблюдения верхнего штриха к нижнему равносилен опусканию верхнею штриха на толщину 0В. Однако в результате кажущегося поднятия изображения глубина будет уменьшена до величины h1. Для измерения h1 может быть применен микроскоп. Величину h можно измерить штангенциркулем или микрометром.
Порядок выполнения работы
1.Измерить с помощью штангенциркуля истинную величину толщины h пластинки 3 раза в той части, где нанесены штрихи. Результаты измерений занести в таблицу.
2.Для измерения h1 микроскопом проделать следующие операции:
а) с помощью зеркала микроскопа добиться сильной и равномерной освещенности поля зрения (см. описание микроскопа); б) установить на столик микроскопа пластинку. Место пересечения
штрихов должно находиться как можно точнее против центра объектива; в) с помощью фокусировочных винтов грубой наводки и точной
наводки (микровинт) сфокусировать верхний и нижний штрих на пластинке.
Вращая ручку микровинта до упора в сторону уменьшения делений, установите ее в положение ноль. Сфокусируйте край нижнего штриха винтом грубой наводки. Затем вращением микровинта в сторону увеличения числа делений добейтесь фокусировки верхнего штриха.
63
Высота поднятия тубуса дает значение h1.
h1 будет равно произведению количества делений на цену одного деления. Цена одного деления указана на рукоятке микровинта - 0,002мм. Общее количество делений будет равно числу полных оборотов винта N, умноженное на число делений (50) плюс число делений от нуля до
указателя m. h1 = (N . 50 + m) .0,002 мм.
Измерение h1 повторить 3 раза и занести в таблицу.
№ |
h |
h |
h1 |
h1 |
n |
1
2
3
ср.
Вычислить показатель преломления: n |
|
|
hср |
|
. |
|
|
|
|
|
|
ср |
|
h1ср |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Вычислить относительную погрешность: |
|
|
|
nср |
|
hср |
|
h1ср . |
|||
|
|
|
|
nср |
|
hср |
|
h1ср |
|
||
Вычислить абсолютную погрешность: |
|
ncр |
|
|
|
ncр . |
|
|
|
||
Результат представить в виде: n ncр |
|
ncр . |
|
|
|
|
|
|
|
||
Контрольные вопросы и задания
1.Изобразите график распространения электромагнитной волны.
2.Дайте определение абсолютного и относительного показателя преломления.
3.Как можно определить относительный показатель преломления, если известны абсолютные показатели контактирующих веществ?
4.Какая связь величины показателя преломления с другими величинами?
5.Почему кажущаяся толщина прозрачных предметов отличается от истинной?
Литература:
1.Айзенцон А.Е. Курс физики: -М.: Высш. шк., 1996. – 462 с. [гл. 15.2, 15.7]
2.Трофимова Т.И. Курс физики: -М.: Высш. шк., 1990. – 478 с. [гл. 21, с.
165,]