При прохождении света через среду часть энергии света может поглощаться средой с последующим выделением тепла, а часть – рассеиваться на частицах среды. При рассеянии свет переизлучается рассеивающими частицами практически во всех возможных направлениях, поэтому среда «светится» при прохождении света через неё, и её свечение можно увидеть.
В этой задаче вам предстоит изучить прохождение света через раствор воды с молоком. Чистая вода является малопоглощающей и не рассеивающей свет средой. Молоко, напротив, может как поглощать свет, так и сильно его рассеивать.
Для проведения фотометрических измерений вам необходимо будет воспользоваться фотодиодом. Вид его вольт-амперной характеристики представлен на рис. 1а. При отрицательных напряжениях вольт-амперная характеристика фотодиода выходит на насыщение по току. Ток насыщения пропорционален мощности поглощенного фотодиодом светового излучения. Последовательно к фотодиоду в плату впаян ограничивающий резистор. Считайте, что график вольт-амперной характеристики имеет постоянное значения тока $I_{нас}$ в пределах напряжений от $3$ до $9~В$.
-- 1. Лазерный модуль работает от источника питания. Значения тока и напряжения на источнике выставлены заранее. Эти значения менять запрещено. Запрещено снимать малярный скотч с лазерного модуля и проводов, подключающих его к источнику питания. Убедитесь, что при включении источника питания, лазер светит достаточно ярко, а ток, текущий через него составляет $I_0 = (130 \pm 5) \;мА$.
2. Запишите в работу номер своего лазерного модуля.
3. Перед наливанием раствора в пробирку хорошо его перемешайте!
A1 Соберите установку, изображенную на рис. 2а. Для этого закрепите в лапке штатива пробирку под лазерной указкой. Добейтесь того, чтобы лазерный луч шел вертикально. Опишите свои действия. Установите пробирку под лазерным лучом, сориентировав ее строго вертикально. Налейте с помощью шприца с трубкой раствор молока в пробирку.
Для измерений используйте схему, изображенную на рис. 2б. Положите под пробирку фотодиод, подберите расстояние между дном пробирки и фотодиодом таким образом, чтобы луч фокусировался дном пробирки на поверхности фотодиода. Отъюстируйте установку так, чтобы луч шел вдоль оси пробирки.
Измерьте зависимость тока $I_1$, текущего через амперметр от высоты столба раствора молока в пробирке $h$.
B1 Соберите установку, изображенную на рис. 2б. Для этого налейте в пробирку жидкость так, чтобы ее уровень оказался ниже края пробирки на $1-2~см$. Наденьте на пробирку бумажный транспортир. Поместите дно пробирки в отверстие в бруске. Установите брусок так, чтобы центр его отверстия совпал с центром шкалы транспортира. В верхний конец пробирки вставьте лазерную указку, брусок прижмите к поверхности штатива струбциной. К внешней боковой поверхности пробирки на глубине не менее $2~см$ от поверхности раствора канцелярским зажимом прижмите фотодиод. Запишите расстояние между поверхностью раствора и измерительной поверхностью фотодиода $H$. К дужкам зажима привяжите нитку с гайкой, которая будет служить стрелкой для измерения угла по шкале транспортира.
В этой части будут измеряться токи порядка микроампер, поэтому для повышения точности измерений в схеме, изображенной на рис. 1б, замените амперметр на параллельно соединенные вольтметр и резистор сопротивлением $10~кОм$.
Вращая пробирку, измерьте зависимость мощности рассеянного излучения (в единицах тока насыщения), измеряемого фотодиодом (не забывайте вычитать фоновый сигнал), от угла поворота фотодиода относительно лазера с шагом в $20^\circ$.
B3 Пронаблюдайте, что полученная неоднородность углового распределения интенсивности рассеянного света заметна невооруженным глазом. Заклейте указку малярным скотчем и сделайте в скотче небольшое отверстие в центре (диафрагму). Закрепите лазер в лапке штатива. Пронаблюдайте глазом угловое распределение интенсивности рассеянного света в этом случае. Сохранился ли эффект при освещении раствора лазером с диафрагмой? Объясните, какими факторами может быть вызван эффект неоднородности углового распределения рассеянного света.
