- •Физика по направлению подготовки
- •Программа
- •Реализация компетенции ок(2)
- •Реализация компетенций ок4 и ок8.
- •Учебный план курса План лекционных занятий
- •План лабораторных работ
- •План практических занятий
- •Вопросы, вынесенные на самостоятельную подготовку.
- •Вопросы к зачету
- •Основная и дополнительная литература
- •Лабораторные работы
- •Механика Лабораторная работа №1 «Изучение колебаний математического маятника»
- •I. Цель работы
- •II. Теоретическая часть
- •III. Порядок проведения экспериментальных измерений.
- •IV. Обработка результатов измерений в программе Microsoft Excel.
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2 «Изучение колебаний физического маятника»
- •Цель работы
- •Теоретическая часть
- •Порядок проведения экспериментальных измерений
- •Обработка результатов измерений в программе Microsoft Excel
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 3 «Изучение колебаний пружинного маятника»
- •Цель работы:
- •Теоретическая часть
- •Порядок проведения измерений
- •Обработка результатов измерений в программе Microsoft Excel
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 4 «Определение моментов инерции тел методом крутильных колебаний»
- •Цель работы:
- •Теоретическая часть.
- •Порядок проведения экспериментальных измерений
- •Обработка результатов измерений в программе Microsoft Excel
- •Контрольные вопросы:
- •Электричество и магнетизм. Лабораторная работа № 5 Экспериментальная проверка закона Ома и определение сопротивления проводника заданной длины в цепи постоянного тока
- •I. Цель лабораторной работы
- •II. Теоретическая часть
- •III. Порядок проведения эксперимента.
- •IV. Обработка результатов измерений в программе Microsoft Excel
- •Результаты замеров тока и напряжения в исследуемом проводнике
- •Результаты замеров тока и напряжения
- •Результаты замеров тока и напряжения в исследуемом проводнике
- •Окончательный вид таблицы №1
- •Окончательный вид таблицы №2
- •V. Определение зависимости сопротивления проводника заданной длины в цепи постоянного тока
- •Лабораторная работа № 6 Экспериментальное определение ёмкости конденсатора
- •I. Цель лабораторной работы
- •II. Теоретическая часть
- •Переключатель
- •Замеряемых параметров
- •III. Порядок проведения эксперимента.
- •IV. Обработка результатов измерений
- •Результаты замеров тока и времени при разрядке конденсатора
- •Результаты обработки экспериментальных данных исследуемого конденсатора
- •Зависимость выражения от времени t
- •Лабораторная работа № 7 Явление электромагнитной индукции. Исследование магнитного поля соленоида
- •I. Цель лабораторной работы
- •II. Теоретическая часть
- •III. Порядок проведения экспериментальных измерений.
- •Внешние витки; 2- соленоид; 3- внутренние витки; 4- генератор сигналов; 5- осциллограф; 6- коммутатор витков; b- магнитный поток.
- •IV. Обработка результатов измерений в программе Microsoft Excel
- •Результаты экспериментальных измерений
- •Результаты замеров частоты сигнала и напряжения эдс во внутреннем витке
- •Результаты замеров частоты сигнала и напряжения эдс во внутреннем витке
- •Окончательный вид таблицы №3
- •Окончательный вид таблицы №4
- •Результаты замеров напряжения эдс на внутренних витках
- •Окончательный вид таблицы №7
- •Окончательный вид таблицы №9
- •Лабораторная работа № 8 Экспериментальное определение удельного сопротивления проводника в цепи постоянного тока
- •I. Цель лабораторной работы
- •II. Теоретическая часть
- •Основные характеристики проводниковых материалов
- •III. Порядок проведения эксперимента.
- •Результаты замеров диаметра исследуемого проводника
- •Результаты замеров тока и перепада напряжения в исследуемом проводнике
- •IV. Обработка результатов измерений
- •Результаты замеров диаметра исследуемого проводника
- •Результаты обработки замеров диаметра исследуемого проводника
- •Результаты замеров тока и напряжения в исследуемом проводнике
- •Результаты замеров тока и напряжения в исследуемом проводнике
- •Результаты вычисления удельного сопротивления исследуемого проводника длиной 800 мм
- •Результаты замеров диаметра исследуемого проводника
- •Обработка результатов замеров диаметра исследуемого проводника
- •Результаты замеров тока и напряжения в исследуемом проводнике
- •Результаты вычисления удельного сопротивления исследуемого проводника длиной 400 мм
- •VI.4. Определение материала, из которого изготовлен исследуемый проводник
- •Оптика Лабораторная работа № 9 Изучение дифракции света на щели
- •I. Цель работы
- •II. Теоретическая часть
- •III. Порядок проведения эксперимента.
- •IV. Обработка результатов измерений
- •Результаты замеров и l, занесённые в Excel
- •Лабораторная работа № 10 Измерение длины волны света с помощью дифракционной решетки
- •I. Цель работы
- •II. Теоретическая часть
- •III. Порядок проведения эксперимента.
- •IV. Обработка результатов измерений
- •Результаты замеров и l, занесённые в Excel
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 11 Изучение явления поляризации
- •Цель работы:
- •Теоретическая часть
- •Порядок проведения измерений
- •Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 12 Изучение естественного вращения плоскости поляризации
- •Цель работы
- •Теоретическая часть
- •Описание установки
- •Перед проведением измерений комплекс лко-5 требует настройки.
- •Порядок проведения эксперимента Определение угла поворота плоскости поляризации
- •Обработка результатов измерений
- •Заключение.
- •Контрольные вопросы
- •Рекомендуемая литература.
- •Методические указания к решению задач.
- •Механика;
- •Молекулярная физика и термодинамика;
- •Электричество и магнетизм;
- •Механические и электромагнитные колебания и волны;
- •Волновая и квантовая оптика;
- •Квантовая физика, физика атома;
- •Домашние задания.
- •Механика;
- •Молекулярная физика и термодинамика;
- •Механические и электромагнитные колебания и волны;
- •Электричество и магнетизм;
- •Волновая и квантовая оптика;
- •Элементы ядерной физики и физики элементарных частиц
Контрольные вопросы
1. Что называют дифракцией? При каких условиях наблюдается дифракция световых волн?
2. В чём состоит принцип Гюйгенса-Френеля?
3. Какую дифракцию называют дифракцией Фраунгофера? Наблюдается ли дифракция Фраунгофера в проделанном Вами эксперименте?
4. Каков основной источник погрешности?
5. Как изменятся расстояния между соседними дифракционными максимумами при наблюдении дифракции не в красном, а в зелёном свете?
Литература
-
Г. С. Ландсберг. Оптика. Гостехиздат. 1957.
-
С. Э. Фриш, А. В. Тиморева. Курс физики. Том III, Лань, 2006.
-
Н.И. Калитиевский. Волновая оптика. Лань, 2008.
Лабораторная работа № 11 Изучение явления поляризации
-
Цель работы:
-
Изучение закона Малюса.
-
Изучение степени поляризации излучения лазера.
-
Теоретическая часть
ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА
Пусть электромагнитная волна (свет) распространяется вдоль координатной оси z (рис.1). В силу поперечности электромагнитной волны, напряженность электрического поля (вектор Е) колеблется в плоскости х, у. Если ориентация вектора Ε меняется хаотично, свет называют неполяризованным или естественным. Если ориентация вектора Ε изменяется упорядоченно, свет называют поляризованным. Промежуточный случай - частично поляризованный свет.
Рис.1
Различают следующие виды поляризации.
Линейная или плоская поляризация: в заданной точке пространства конец вектора Ε движется по прямой линии, перпендикулярной направлению распространения света. Если изобразить "мгновенную фотографию" векторов Е, начинающихся на одном луче (ось z на рис.1), то все эти векторы окажутся в одной плоскости, называемой плоскостью поляризации света.
Эллиптическая поляризация (в частном случае круговая): конец вектора Ε движется по эллипсу (в частности - по окружности). Линейную поляризацию также можно считать частным случаем эллиптической поляризации. Волну с эллиптической поляризацией можно представить как суперпозицию двух волн с линейными поляризациями (рис.1)
Рис.2 Рис.3
В зависимости от соотношения амплитуд Етх, Ету и от разности фаз δ колебаний компонент Ех и Eу получаются различные виды поляризации.
Линейная: Ех = 0 или Еу =0 или δ = πm.
Эллиптическая: Ех ≠ 0; Еу ≠ 0; δ ≠ πm.
Круговая: амплитуды колебаний Ех и Еу одинаковы, Emx = Emy , δ = ±π/2.
Неполяризованный свет: амплитуды Етх и Ету одинаковы, при этом δ хаотически изменяется в широких пределах, т.е. колебания Ех и Еу некогерентны. В этом случае все направления в плоскости х,у эквивалентны.
Если Етх ≠ Ету и колебания Ех и Еу некогерентны, получаем свет с частичной поляризацией, который можно представить как суперпозицию поляризованного света с интенсивностью Iпол и естественного света с интенсивностью Iест (рис.3):
I = Iпол + Iест. (1)
Степенью поляризации Ρ частично поляризованного света называется доля поляризованного света в полной интенсивности излучения:
Ρ = Iпол /I. (2)
Для поляризованного излучения Р = 1, для естественного света Р = 0. Измерять Ρ можно с помощью пары поляризаторов: поляризатора и анализатора.
Лампы накаливания, люминесцентные излучатели, газоразрядные и многие другие источники света дают неполяризованный (естественный) свет. Свет с линейной поляризацией дают некоторые типы лазеров. Используя различные оптические явления и (или) анизотропные материалы (кристаллы) можно из естественного света получить свет с желаемой поляризацией.
Поляризатор - прибор, пропускающий излучение с определенным направлением колебаний вектора Ε (это направление называют плоскостью поляризатора) и задерживающий излучение с другими направлениями колебаний. Если на поляризатор падает линейно поляризованный свет с вектором напряженности Е, и плоскость поляризации света составляет угол α с плоскостью поляризатора, то в волне, прошедшей через идеальный поляризатор, останется только компонента Ε1 , параллельная плоскости поляризатора (рис.4):
Ε1 = Ε×cosα ; Е2 = 0.
Рис.4.
Поскольку интенсивность пропорциональна среднему квадрату напряженности, то для интенсивности линейно поляризованного света, прошедшего через идеальный поляризатор, получаем соотношение, называемое законом Малюса:
I1 = I × cos2α. (3)
При падении на поляризатор естественного света, в прошедшей волне останется одна из компонент колебаний, параллельная плоскости поляризатора, т.е. естественный свет превращается в линейно поляризованный. Интенсивности, соответствующие ортогональным колебаниям, в естественном свете одинаковы, и каждая из них равна половине общей интенсивности Iест. После поляризатора имеем волну с интенсивностью одной из ортогональных компонент:
Iпрοш = Iест/2.· (4)
При падении на поляризатор частично поляризованного света интенсивность прошедшего света зависит от ориентации поляризатора более сложно. Обращаясь к рис.3 и учитывая (3) и (4), найдем:
При α=0 интенсивность максимальна, при α=π/2 - минимальна:
Imax = Iпол + Iест / 2.
Поворачивая идеальный поляризатор вокруг оси z и измеряя интенсивность прошедшего света, можно найти степень поляризации падающего света:
P= (Imax-Imin)/(Imax+Imin) (5)
Неидеальный поляризатор имеет коэффициент пропускания к1<1 для колебаний, параллельных плоскости поляризатора, и коэффициент пропускания к2<к1 для колебаний, перпендикулярных ей. Естественный свет по прохождении через такой поляризатор становится частично поляризованным со степенью поляризации
Ρ = (к1-к2)/(к1+к2). (6)
Анализатор - так часто называют поляризатор, используемый для анализа поляризации излучения.