II Методика проведения работы

1. Обвести на миллиметровке контур призмы.

2. Получить с помощью источника света, экрана со щелью – изображение преломленного луча.

3. Отметить на падающем и преломленном лучах точки (1; 2) и (3; 4) соответственно.

4. Отметить точки входа (О) и выхода (В) лучей из призмы.

5. Снять призму с миллиметровки.

6. Восстановить нормаль к призме через точки О и В.

7. Соединить точки О и В и продолжить за пределы призмы.

8. На нормали отложить произвольно точки А и D на расстоянии > h.

9. Провести из этих точек параллельно граням призмы прямы до пересечения с падающим и выходящим из призмы лучами в точках Е и С.

10. Измерить расстояние AE, OЕ, OC, OD, каждое измерение производить по три раза, вычислить средние значения по формуле 3.

11. Результаты подставить в формулу 2 и рассчитать коэффициент преломления стекла.

III Таблица 1 – Экспериментальные и расчётные данные

№	АЕ, см	ОЕ, см	CD, см	OС, см	n2	nст.
1						1.5
2
3
n 2ср.

IV Оценка погрешности измерений

А бсолютная погрешность: Δn = |n_{2 ср}. − n_cт |, n_{ст. таб.} = 1,5.

Относительная погрешность: ε = (Δn / n_ст.) ∙ּ 100%

V Выводы

Контрольные вопросы:

1. Законы геометрической оптики.

2. Полное внутреннее отражение.

3. Физический смысл показателя преломления.

Литература.

1. Трофимова Т.И. Курс физики / Т.И. Трофимова / Учебное пособие для вузов. – 3-е изд. , М.: Высш. шк., 2000. – 478 с.

2. Айзенцон А.Е. Курс физики / А.Е. Айзенцон – М.: Высш. шк., 1996. – 457

3. Яворский Б.М. , Детлаф А.А. Справочник по физике / Б.М. Яворский , А.А. Детлаф, М.: Наука, 1979. – 942 с.

Лабораторная работа № 10

«Определение длины лазерного излучения с помощью дифракционной решётки»

Цель работы: определить длину волны диодного лазера и сравнить

её с паспортными данными.

Приборы и оборудование: оптическая скамья; диодный лазер; дифракционная решётка; линейка.

I Теоретическая и расчётная часть

Дифракционная решетка представляет собой совокуп­ность большого числа очень узких параллельных щелей, раз­деленных непрозрачными промежутками. Общая ширина ще­ли к непрозрачного промежутка называется периодом решет­ки. Например, если на дифракционной решетке имеется 100 штрихов на 1 мм, то период или постоянная дифракцион­ной решетки (1=0,01 мм.)

Лучи, проходящие через решетку перпендикулярно ее плоскости, попадают в зрачок наблюдателя и образуют на сетчатке глаза обычное изображение источника света. Лучи, огибающие края щелей решетки, имеют некоторую разность хода, зависящую от угла а. Если эта разность равна длине волны а. или λm где m— целое число, то каждая такая пара лучей образует на сетчатке изображение источника, цвет ко­торого определяется соответствующей длиной волны λ.

Пропуская через решетку луч лазера, наблюдатель видит расположенные симметрично по обе стороны от центрального дифракционные максимумы.. Ближайшая пара максимумов (1-го порядка) соответствует разности хода лучей, равной Δ для соответствующей длины волны. Более удален­ная пара максимумов (2-го порядка) соответствует разности .хода лучей, равной 2Δ, и т. д.

Рисунок 1 – Схема хода лучей через дифракционную решет­ку

Как видно из рисунка 1: λ = , где d — известный период решетки, а m — порядок спектра. Значит, чтобы определить, длину волны, достаточно найти sin α.

Для этого служит установка, схема которой изоб­ражена на рис. 1. Луч лазер, направляется на диф­ракционную решётку, расстояние от которой до экрана (а) измеряется линейкой. На экране измеряется расстояние 2L между дифракционными максимумами.

Схема установки

Элементы схемы: 1 – лазер; 2 – дифракционная решётка; 3 – экран.

На схеме обозначены:

точки А – дифракционные максимумы 1-го порядка;

точки В – дифракционные максимумы 2-го порядка;

L₁ – расстояния между максимумы 1-го порядка;

L₂ – расстояния между максимумы 2-го порядка.

Расчётные формулы

Средние значения расстояний и углов рассчитываем по формулам 1 – 4 .

2L _ср1 = ; (1) 2L _ср2 = ; (2)

S_ср = ; (3) φ_ср = ; (4)

Из геометрических построений на схеме установки имеем:

Δ ОАС : sin φ₁ ≈ tg φ₁ = ; Δ ОВС : sin φ₂ ≈ tg φ₂ = .

Из формулы дифракционных максимумов 5 выражаем длину волны λ,

формула 6.

d sin φ = ± mλ ; m = ± 1, ± 2 ± 3 … (5)

d – постоянная дифракционной решётки; φ – угол отклонения лучей;

m – порядок максимума.

λ₁ = d sin φ₁ / m₁

где m₁ = 1; λ₂ = d sin φ₂ / m₂

где m₂ = 2.

По формуле 6 рассчитываем среднее значение длины волны λ_ср:

λ_ср = ( λ₁+ λ₂) /2.