МЭИ(ТУ) Физика

1.По данным табл. 1 построить градуировочную кривую λ = f(φ).

2.По градуировочному графику найти интервал длин волн, соответствующий краям линии φ1 и φ2 в данной области спектра.

3.Найти линейную дисперсию прибора Dl для двух линий

Dl = ∆∆λl ,

где ∆l – ширина входной щели прибора во второй части работы. Величину линейной дисперсии прибора выразить в мм/Å (мм/нм).

4.Рассчитать погрешность ∆Dl.

5.Для тех же длин волн найти угловую дисперсию прибора

Dϕ = δδ ϕλ = F∆∆lλ ,

где F – фокусное расстояние линзы L3.

Величину угловой дисперсии выразить в 1/Å или 1/нм.

Определение границ спектра лампы накаливания

6.Пользуясь построенным градуировочным графиком, определить длины волн, соответствующие границам видимого спектра лампы накаливания, отдельных цветов спектра. (Если на градуировочном графике нет красного участка спектра, продлить график в сторону длинных волн). Сравнить между собой интервал длин волн отдельных участков спектра лампы накаливания.

ВОПРОСЫ К ЗАЩИТЕ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Данные вопросы предназначены для контроля знаний студентов при защите лабораторных работ, а также для подготовки к защите.

К каждой лабораторной работе даны вопросы, разделённые на пять групп. Номер вопроса состоит из трёх чисел: первые 1-2 цифры – номер работы, вторая цифра – номер группы вопросов, третья цифра – номер вопроса в группе: например, 9.2.1.

На общие вопросы студент должен отвечать при защите любой лабораторной работы. Главное – формулировать цель работы.

Вопросы первой группы – вопросы на воспроизведение основных определений и важнейших законов. При ответе на эти вопросы желательно приводить примеры. Если студент на защите работы не может ответить без подготовки хотя бы на один из вопросов первой группы, за защиту может быть выставлена только отметка "неудовлетворительно".

Вопросы второй группы касаются теоретических основ эксперимента, выполняемого в данной лабораторной работе. Они включают выводы расчётных формул, применение законов к конкретной установке, теоретическое доказательство утверждений, проверяемых экспериментально, и т. д.

Вопросы третьей группы – о методике эксперимента и обработке его результатов. Студент должен чётко объяснять, как устроена лабораторная установка и что происходит на каждом этапе опыта, а также понимать, чем определяется погрешность прямых измерений, и выводить формулы погрешностей косвенных измерений.

Ответов на вопросы первой, второй и третьей групп достаточно для получения студентом отметки "удовлетворительно".

Вопросы четвёртой группы – качественные задачи, предназначенные для отработки умений, необходимых для получения результата лабораторной работы, т. е. ответов на вопросы второй группы. Условия этих задач могут быть основаны на данной лабораторной работе, а могут не иметь к ней прямого отношения. Ответов на вопросы первойчетвёртой групп достаточно для получения студентом отметки "хорошо".

Вопросы пятой группы – это тоже качественные задачи. Они либо имеют повышенную сложность, либо при их решении необходимо воспользоваться знаниями и умениями, не требующимися для выполнения и расчёта данной лабораторной работы.

При защите работы преподаватель может задавать вопросы, отличные от приведённых в данном пособии. Студентам также следует иметь в виду, что не на все вопросы можно найти ответы в описаниях лабораторных работ. При подготовке к защите нужно пользоваться другими пособиями, а также размышлять самостоятельно. Студент должен уметь давать определения всех величин, которыми он пользуется при ответе, а также указывать, какие физические законы он применяет и почему он может это делать. Если этого нет, обсуждение более сложных вопросов и задач теряет смысл.

ЗАЩИТА ПО ОПТИКЕ

Общие вопросы

1.Сформулировать цель работы.

2.Описать экспериментальную установку и методику эксперимента.

3.Построить ход лучей в экспериментальной установке.

4.Записать уравнение бегущей электромагнитной волны. Что такое фаза, амплитуда, длина волны, частота?

5.Что такое волновой фронт?

Лабораторная работа № 1

Определение длины световой волны методом бипризмы Френеля

1.1.1.В чём состоит явление интерференции волн?

1.1.2.Какие волны называются когерентными?

1.1.3.Какие источники называются когерентными?

1.1.4.Что называется шириной интерференционной полосы?

1.1.5.Чем определяется форма, ширина и чёткость интерференционных полос?

1.1.6.Что такое бипризма Френеля?

1.2.1.Какие способы получения когерентных источников (интерференционные схемы) вам известны?

1.2.2.Как получается интерференционная картина в опыте с бипризмой Френеля?

1.2.3.Почему преломляющий угол бипризмы должен быть мал?

1.2.4.Вывести формулу, связывающую расстояние между интерференционными полосами с длиной волны падающего света.

1.2.5.Каково влияние размеров когерентных источников и степени монохроматичности света на интерференционную картину?

1.2.6.Будет ли наблюдаться интерференционная картина при освещении щели белым светом?

1.2.7.Будет ли наблюдаться интерференционная картина, если одну половину бипризмы закрыть красным светофильтром, а вторую – фиолетовым?

1.3.1.Чем отличаются интерференционные картины в данной установке при освещении белым и монохроматическим светом?

1.3.2.Как в экспериментальной установке определяется расстояние между мнимыми источниками?

1.3.3.Как проводятся измерения с помощью окулярного микрометра?

1.3.4.Вывести формулу для расчёта погрешности измерения длины волны.

1.4.1.В интерференционной схеме с бипризмой Френеля на бипризму падает нормально монохроматический свет с длиной волны λ. Преломляющий угол бипризмы равен β. Интерференционная картина наблюдается с помощью линзы с

фокусным расстоянием f. Найти расстояние между интерференционными полосами.

1.4.2.В опыте Юнга экран с щелями, находящимися на расстоянии 0,5 мм друг от друга, освещается белым светом. Экран, на котором наблюдается интерференционная картина, расположен на расстоянии 1 м от щелей. Найти расстояние между интерференционными полосами.

1.4.3.В опыте с зеркалом Ллойда точечный монохроматический источник света с длиной волны λ расположен на расстоянии h от зеркала. Экран находится на расстоянии L от источника и расположен перпендикулярно зеркалу. Найти расстояние между интерференционными полосами.

1.4.4.В опыте с бизеркалами Френеля угол между зеркалами равен β. Узкая щель, освещаемая точечным монохроматическим источником света с длиной волны λ, находится на расстоянии s от линии пересечения зеркал. Найти число интерференционных полос, наблюдаемых на экране, находящемся на расстоянии L от линии пересечения зеркал.

Лабораторная работа № 2

Определение длины световой волны методом колец Ньютона

2.1.1.В чём состоит явление интерференции волн?

2.1.2.Какие волны, источники называются когерентными?

2.1.3.Что такое полосы равного наклона; равной толщины?

2.1.4.Что такое кольца Ньютона? Как они образуются?

2.2.1.Какие способы получения когерентных источников (интерференционные схемы) вам известны?

2.2.2.Получить условие интерференционных максимумов и минимумов для колец Ньютона в отражённом свете.

2.2.3.Получить выражение для толщины воздушного зазора, соответствующего k-му светлому (тёмному) кольцу.

2.2.4.Как изменится радиус колец при замене красного светофильтра зелёным?

2.2.5.Почему в формуле (2.1) появляется дополнительное слагаемое λ/2?

2.2.6.Вывести формулу, по которой в работе рассчитывается радиус линзы.

2.2.7.Вывести формулу, по которой в работе рассчитывается длина световой волны.

2.3.1.Как выглядит интерференционная картина в белом свете? Почему?

2.3.2.Что произойдёт с интерференционной картиной, если поднять линзу над пластинкой на высоту ¼ длины волны света?

2.3.3.Как будет выглядеть интерференционная картина в проходящем свете?

2.3.4.Как измеряется радиус интерференционного кольца?

2.3.5.Вывести формулы для расчёта погрешностей длины волны и радиуса линзы.

2.4.1.Написать условие интерференционного максимума для случая, когда промежуток между пластинкой и линзой заполнен водой (nводы > nстекла).

2.4.2.На плоской пластинке лежит цилиндрическая линза. На линзу сверху падает параллельный пучок света. Какую форму имеют интерференционные полосы?

2.4.3.Разность хода двух интерферирующих лучей монохроматического света равна 0,3λ. Найти разность фаз колебаний.

2.4.4.Найти толщину слоя воздуха там, где видно первое светлое кольцо Ньютона. Длина волны света 600 нм.

2.4.5.Как будут выглядеть кольца Ньютона, если пластинка,

2.4.6.На тонкую плоскопараллельную пластинку с показателем преломления 1,35, находящуюся в воздухе, падает нормально свет. Толщина плёнки равна 1/5 длины волны света. Тёмной или светлой будет видна плёнка в отражённом свете?

Лабораторная работа № 3

Определение длины световой волны с помощью дифракционной решётки

3.1.1.В чём состоит явление дифракции?

3.1.2.Каковы условия наблюдения дифракционной картины? Чем она отличается от картины, которая формируется в соответствии с законами геометрической оптики?

3.1.3.Чем отличается дифракция по Фраунгоферу от дифракции по Френелю?

3.1.4.Что такое дифракционная решётка?

3.1.5.Сформулировать условие главных максимумов для дифракции на решётке.

3.2.1.Каково назначение спектральных приборов?

3.2.2.Изобразить на рисунке дифракционную картину, наблюдаемую в работе.

3.2.3.Чему равна ширина нулевого дифракционного максимума (свет монохроматический)?

3.2.4.В чём заключается отличие дифракционной картины при освещении решётки белым и монохроматическим светом?

3.2.5.Нарисовать график зависимости интенсивности света, прошедшего через решётку, от угла дифракции. Зависит ли вид этого графика от полного числа штрихов на решётке?

3.2.6.Что называется разрешающей способностью решетки?

3.2.7.Что такое угловая дисперсия дифракционной решетки?

3.3.1.Как в работе определяются углы дифракции?

3.3.2.Как устроен коллиматор, для чего он нужен?

3.3.3.Вывести формулу для расчёта длины волны в данной работе.

3.3.4.Вывести формулу для расчёта погрешности измерения длины волны.

3.3.5.Рассчитать угловую дисперсию решётки для спектра первого и второго порядка в области зелёного света (длина волны 550 нм).

3.4.1.Какой максимальный порядок спектра при дифракции света на решётке может наблюдаться в работе согласно теории?

3.4.2.Под каким углом наблюдается в условиях данного эксперимента главный максимум 3-го порядка для света с длиной волны 550 нм?

3.4.3.Для картины, получаемой с помощью дифракционной решётки, рассчитать угловое расстояние между нулевым и первым максимумом, если период решётки 2,5 мкм, длина волны света 550 нм.

3.4.4.При дифракции на решётке монохроматического света с длиной волны 600 нм максимум 5-го порядка наблюдается под углом 18°. Сколько штрихов на миллиметр содержит дифракционная решётка?

3.4.5.Под каким углом (относительно направления падения) будет наблюдаться k-й главный максимум для света с длиной волны λ на дифракционной решётке с периодом d, если свет падает на неё под углом α к нормали?