МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Тульский государственный университет»
Институт высокоточных систем им. В.П. Грязева
Кафедра «Приборы управления»
Шведов А.П.
доцент, к.т.н.
Сборник методических указаний к лабораторным работам
по дисциплине
«Основы оптики»
Направление подготовки: 200400 «Ототехника»
Профили подготовки: «Оптико-электронные приборы и системы»
Квалификация (степень) выпускника: 62 – бакалавр
Форма обучения: очная
Тула 2011 г.
Методические указания к лабораторным работам составлены доцентом каф. «Приборы управления» А.П. Шведовым и обсуждены на заседании кафедры «Приборы управления» факультета «Системы автоматического управления»
протокол № ___ от «____» __________________ 20 ___ г.
Зав. кафедрой ПУ _________________________ В.Я. Распопов
Методические указания к лабораторным работам пересмотрены и утверждены на заседании кафедры «Приборы управления» факультета «Системы автоматического управления»
протокол № ___ от «____» __________________ 20 ___ г.
Зав. кафедрой ПУ _________________________ В.Я. Распопов
Содержание
ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ 4
ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ 4
Лабораторная работа № 1 5
Лабораторная работа № 2 9
Лабораторная работа № 3 13
Лабораторная работа № 4 24
Лабораторная работа № 5 34
Лабораторная работа № 6 40
Лабораторная работа № 7 46
Лабораторная работа № 8 56
Лабораторная работа № 9 63
Лабораторная работа № 10 74
Лабораторная работа № 11 80
Лабораторная работа № 12 90
Лабораторная работа № 13 100
Лабораторная работа № 14 107
ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ
Студенты должны являться на занятия, изучив необходимые разделы лекций по данной дисциплине, в часы, предусмотренные общеинститутским расписанием занятий. Вход в лабораторию, а также выход из нее разрешается лишь в течении перерыва между занятиями. В лаборатории студент изучает ту лабораторную работу, которая намечена по графику.
Прежде чем начать работу, он должен ознакомится с описанием лабораторной работы. В ходе работы студент должен делать необходимые записи в ученической тетради. Расчеты должны быть выполнены в системе СИ и по ЕСКД.
По проделанным работам каждым студентом оформляется отчет. Отчет по лабораторной работе заверяется преподавателем, ведущим лабораторные работы. Сдача отчетов производится в индивидуальном порядке. При этом студент должен знать задачи и цель проведенной лабораторной работы, уметь объяснить результаты расчетов и ответить на контрольные вопросы. Отчет выполняется на листах формата А4. Образец титульного листа приведен в приложении.
ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ
При выполнении лабораторных работ необходимо соблюдать общую инструкцию по технике безопасности при проведении лабораторных работ на кафедре ЭМ и ЭПС. Инструктаж по технике безопасности проводится перед началом лабораторных работ, о чем делается запись в журнале.
Работу следует проводить на своем рабочем месте, не отвлекая внимания студентов, выполняющих другие лабораторные работы, особенно работы на испытательных стендах.
Лабораторная работа № 1
«Определение расстояния между щелями в опыте Юнга»
1. Цель и задачи работы
Определение расстояния между щелями по интерференционной картине в схеме опыта Юнга.
2. Основные теоретические положения
Одним из первых ученых кто наблюдал явление интерференции был Томас Юнг, который в 1802 году получил интерференционную картину в установке показанной на рисунке 1. Свет, предварительно прошедший через светофильтр, проходя через отверстие S в экране A, падал на экран B, в котором были проделаны две тонкие щели S1 и S2. Эти щели являлись когерентными источниками света и давали достаточно четкую картину интерференции на экране C. В настоящей лабораторной установке вместо обычного источника света со светофильтром для повышения степени когерентности используется лазер. Принцип формирования интерференционной картины представлен на рисунке 2.
Г
де
S1
и
S2
–
источники когерентного излучения,
s1
и
s2
–
пути
света от источников до
точки наблюдения P,
d
–
расстояние
между щелями,
L
–
расстояние
между экранами B
и
C.
Разность
фаз колебаний возбужденных волнами,
приходящими в точку P
от
источников
S1
и
S2,
равна:
,
г
де
= ns2
– ns1;
n
– показатель
преломления среды.
Отсюда следует, что если в укладывается целое число длин волн (± т0), где 0 - длина волны в вакууме, то разность фаз оказывается кратной 2, и в этой точке будет наблюдаться интерференционный максимум.
Если в укладывается полуцелое число длин волн [± (т+1/2)0], то будет возникать интерференционный минимум.
Из геометрии рисунка 2 видно, что
,
откуда
.
Учитывая,
что d<<L
и
умножив последнее равенство на n
– показатель преломления
среды получим оптическую разность хода
.
Подставим в это выражение условия наблюдения максимума и минимума интерференции; получим соответственно:
где (m = 0, 1, 2, …).
Ширина интерференционной полосы на экране будет определяться соотношением