ИССЛЕДОВАНИЕ ОТРАЖЕНИЯ И ПРОПУСКАНИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ АБСОРБЦИОННЫМИ СВЕТОФИЛЬТРАМИ

I Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Личный портфель

ИССЛЕДОВАНИЕ ОТРАЖЕНИЯ И ПРОПУСКАНИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ АБСОРБЦИОННЫМИ СВЕТОФИЛЬТРАМИ

Татаренко С.А. 1Москаленко С.С. 1
1ГБОУ Московская гимназия на Юго-Западе № 1543
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Диплом школьника
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Оглавление

План работы

2

Введение

2

Цель исследования и задачи исследования

3

Основная часть

3

Заключение

8

Список использованных источников

9

План работы:

  1. Провести эксперименты (получить квазимонохроматическое излучение).

  2. По данным эксперимента при помощи программы построить графики зависимости интенсивности излучения от длины волны для каждого светофильтра при отражении и пропускании.

  3. Сопоставить графики для каждого светофильтра и сформулировать вывод.

Введение:

При помощи адсорбционных фильтров мы получали квазимонохроматическое излучение. Квазимонохроматическое излучение очень близко к монохроматическому, т.е. излучению, обладающим очень малым разбросом частот (в идеале – одной частотой). Квазимонохроматический свет позволяет исследовать различные вещества, т.к. разные в-ва по-разному взаимодействуют с излучением (это основное использование квазимонохроматического света, которое применяется в физике и химии). Второе применение находит свое место в медицине. Это визуализация различных веществ. Ткани, кровь, нервные окончания… имеют различную окраску при пропускании через них квазимонохроматического света. Если во время операции вместо обычных ламп использовать лампы со светофильтрами, можно заставлять светиться в этом излучении разные составляющие нашего организма: хирург может «увидеть» кровь, бегущую по сосудам и нервные окончания (т.к. они по-разному взаимодействуют с квазимонохроматическим светом).

Цель исследования:

Изучить особенности отражения и пропускания излучения светофильтрами.

Задачи исследования:

  • Провести эксперименты по изучению отражения излучения светофильтрами.

  • Провести эксперименты по изучению пропускания излучения светофильтрами.

  • Сравнить полученные результаты по отражению и пропусканию.

Основная часть

Квазимонохроматический свет довольно трудно получить. Специально для этой цели существуют монохроматоры. Принцип его работы основан на дисперсии или дифракции света, в зависимости от диспегирующего элемента-призмы или дифракционной решетки соответственно. Свет входит через щель и попадает на коллиматорный объектив, который направляет свет на диспегирующий элемент, и уже разложенный свет попадает на фокусирующий объектив и выходит через выходную щель.

Монохроматоры – не единственный способ получить квазимонохроматический свет. Один из самых дорогих способов получения квазимонохроматического света - излучение атомов при низких температурах. При низких температурах большинство атомов находятся в самом низком энергетическом состоянии, основном состоянии. Более высокие энергетические уровни есть состояния возбуждения. Обычно возбужденный атом возвращается из возбужденного состояния в более низкое очень быстро, излучая фотон. Атом может вернуться в более низкое состояние прямо или через некоторые промежуточные состояния, испуская один фотон на каждом переходе.

Лазер – еще один способ получения квазимонохроматического света. Лазер работает благодаря преобразованию энергии накачки - энергия поглощённая лазером, которая переводит атом среды в возбужденное состояние, а затем начинает действовать механизм вынужденного излучения - генерация нового фотона при переходе квантовой системы из возбуждённого в стабильное состояние. В итоге излучаемый свет не только квазимонохроматический, но и когерентен-волновые процессы в свете согласованы во времени. Но самый доступный способ – светофильтры. Этот способ мы и будем использовать в своих измерениях.

Светофильтр – оптическое устройство, которое служит для подавления (выделения) части спектра электромагнитного излучения.Светофильтры часто используют в фотографии и кинематографе для подавления, выделения или преобразования части спектра.

Используя светофильтры различных цветов (а именно красный, голубой, фиолетовый (УФ) и желто-зеленый), мы сначала пропускали через них свет, а затем отражали. Свет попадал в монохроматор. При помощи специальной программы мы получали графики зависимости интенсивности излучения от длины волны для каждого цвета при пропускании и отражении.

На графиках представлены зависимости доли отражаемого/пропускаемого света от длины волны. Видно, что зависимость не монотонная. Для одних волн наблюдается максимум отражения/пропускания.

Рис.1. Пропускание. Интенсивность – длина волны в Å

Рис.2. Отражение. Интенсивность – длина волны в Å

Рис.3. Синим – пропускание, красным - отражение.

Интенсивность – длина волны в Å

Рис.4. r 1,4. Синим – отражение, красным - пропускание.

Интенсивность – длина волны в Å

Рис.5. К8. Синим – отражение, красным - пропускание.

Интенсивность – длина волны в Å

Рис. 6. УФ-1. Пропускание

Рис.7. УФ-1. Отражение

Рис.8. УФ-1. Синим – отражение, красным - пропускание

Затем мы совместили графики отражения и пропускания для каждого цвета. Проанализировав полученные графики, было установлено, что у всех цветов волне с минимальной интенсивностью при пропускании соответствует определенная длина волны с максимальной интенсивностью и наоборот.

цвет фильтра

min длина волны при пропускании, Å

max длина волны при отражении, Å

№

КРАСНЫЙ

4768 – 6452

4637 – 6273

1.1

1.1

5423 – 7337

5430 – 7350

1.2

5746 – 7774

5869 – 7941

1.3

ГОЛУБОЙ

4896 – 6624

4917 – 6653

1.4

5508 – 7452

5635 – 7625

1.5

УФ

4828 – 6532

4832 – 6538

1.6

5414 – 7326

5606 – 7584

1.7

ЖЁЛТО-ЗЕЛЕНЫЙ

4879 – 6601

4865 – 6585

1.8

5440 – 7360

5678 – 7682

1.9

цвет фильтра

max длина волны при пропускании, Å

min длина волны при отражении, Å

№

КРАСНЫЙ

4530 – 6130

4161 – 5629

2.1

1.1

5202 – 7038

4841 – 6549

2.2

5619 - 7601

5627 – 7613

2.3

ГОЛУБОЙ

5176 - 7004

5249 – 7101

2.4

УФ

4522 - 6118

4386 – 5934

2.6

5185 - 7015

5257 – 7113

2.7

ЖЁЛТО-ЗЕЛЕНЫЙ

4539 - 6141

4492 – 6078

2.8

5253 - 7107

5678 – 7682

2.9

Заключение

Исследованы спектры пропускания и отражения серии абсорбционных светофильтров разных цветов. Полученные в результате эксперимента спектры представляют собой немонотонные зависимости с чередой минимумов и максимумов.

Обнаружено, что для одного и того же светофильтра максимуму в спектре отражения соответствуем минимум в спектре пропускания, максимуму в спектре пропускания соответствует минимум в спектре отражения.

Данное соответствие является подтверждением проявления закона сохранения энергии при взаимодействии излучения с веществом.

Список использованных источников

  1. Засов А.В. Светофильтры. http://www.astronet.ru/db/msg/1188713

  2. Миронов А.В. Презиционная фотометрия. http://www.astronet.ru/db/msg/1169494

  3. Монохроматическое излучение. http://aikinamasi_lt.enacademic.com/7577/monochromatic_radiation

  4. Монохроматор. https://en.wikipedia.org/wiki/Monochromator

  5. Монохроматор. Физический практикум, лабораторная работа № 408 «Основы спектрального анализа». http://genphys.phys.msu.ru/rus/lab/opt/408/Exprmnt15.html

  6. Светофильтр. https://ru.m.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%B2%D0%B5%D1%82%D0%BE%D1%84%D0%B8%D0%BB%D1%8C%D1%82%D1%80

  7. Что такое монохроматор. AZO optic. http://www.azooptics.com/Article.aspx?ArticleID=380

  8. Элементарный учебник физики /под редакцией академика Г.С.Ландсберга/ т.3. Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика. 12-е изд. —М.: ФИЗМАТЛИТ, 2001. Глава 20 «Спектры и спектральные закономерности»

Просмотров работы: 809