МЭИ(ТУ) Физика

Лабораторная работа № 4

Изучение дифракции в параллельных лучах

4.1.1.Что называется дифракцией?

4.1.2.Как можно получить параллельный пучок света от точечного источника и от лазера?

4.1.3.Что такое дифракционная решётка?

4.1.4.Сформулировать принцип Гюйгенса-Френеля.

4.1.5.Сформулировать условие главных максимумов при дифракции на решётке.

4.1.6.Сформулировать условие минимумов при дифракции на щели.

4.2.1.В чём состоит метод зон Френеля?

4.2.2.Вывести условие минимумов при дифракции на щели.

4.2.3.Какую картину распределения интенсивности света даёт дифракционная решётка?

4.2.4.Вывести формулу для расчёта периода решётки в данной работе.

4.2.5.Какой вид имеет график распределения интенсивности монохроматического излучения при дифракции на щели? Как изменяется график при варьировании ширины щели?

4.2.6.Какой вид будет иметь дифракционная картина при освещении решётки белым светом?

4.2.7.Объяснить вид дифракционной картины от двумерной решётки.

4.3.1.Зачем определяется зависимость фототока от положения фотоэлемента? Что позволяет установить этот график?

4.3.2.Как измеряется фототок и положение фотоэлемента?

4.3.3.Каковы особенности излучения лазера?

4.3.4.Каковы правила работы с лазером?

4.3.5.Каким образом в лазере формируется параллельный пучок света?

4.4.1.На узкую щель падает нормально монохроматический свет. Угол отклонения лучей, соответствующих второй светлой полосе, равен 1°. Сколько зон Френеля укладывается на разности хода от краёв щели?

4.4.2.Одномерная дифракционная решётка нормально освещается монохроматическим светом. Главный максимум n-го порядка наблюдается на экране на расстоянии x от центра дифракционной картины. Расстояние от решётки до экрана L. Найти длину световой волны.

4.4.3.Найти угловое расстояние между главными максимумами третьего порядка при нормальном падении света с длиной волны λ на дифракционную решётку с периодом d.

4.4.4.Найти угловую ширину центрального максимума при дифракции света с длиной волны λ на щели шириной b.

Лабораторная работа № 5

Изучение дисперсии света

5.1.1.В чём состоит явление дисперсии света?

5.1.2.Чем отличаются друг от друга нормальная и аномальная дисперсия?

5.1.3.Что такое линейная дисперсия спектрального прибора?

5.1.4.Какова зависимость показателя преломления стекла от частоты излучения

(n(ω))?

5.2.1.Как объясняется дисперсия с точки зрения классической электронной теории?

5.2.2.Как изменится график n(ω), если пренебречь затуханием колебаний?

5.2.3.На трехгранную стеклянную призму падает параллельный пучок света. Построить ход лучей для красного и фиолетового цветов. В какой области дисперсии лежат рассматриваемые длины волн?

5.2.4.Который из двух параллельных пучков света – красный или фиолетовый – сильнее отклоняется от первоначального направления при прохождении через призму, дифракционную решётку?

5.2.5.Для чего используют спектральные приборы? Какие типы спектральных приборов вам известны?

5.2.6.Указать границы диапазона длин волн видимого излучения.

5.3.1.С какой целью и как снимается градуировочная кривая монохроматора? Из каких соображений выбирается при этом ширина входной щели?

5.3.2.Как определяется линейная дисперсия спектрального прибора?

5.3.3.Какой ширины выбирается входная щель монохроматора при измерении линейной дисперсии прибора?

5.3.4.Как определяется погрешность длины волны, измеряемой с помощью монохроматора?

5.4.1.Пользуясь результатами эксперимента, найти расстояние в фокальной плоскости прибора между линиями с длиной волны 589 и 590 нм.

5.4.2.Показатели преломления сероуглерода для света с длинами волн 509, 534, 589 нанометров равны соответственно 1,647, 1,640, 1,630. К какой области дисперсии относится данный интервал длин волн?

5.4.3.На призму с преломляющим углом β падает нормально параллельный пучок белого света. Построить ход лучей в призме. Каков будет угол расхождения этого пучка на выходе из призмы? Длина волны красного света λ1, показатель преломления стекла n1, для фиолетового света – λ2, n2.

5.4.4.Сравнить линейную дисперсию дифракционной решётки, использованной вами в работе № 3 или № 4, с дисперсией призмы, используемой в данной работе, в диапазоне длин волн 590 нм (жёлтый цвет). Решётка или призма в данном случае является лучшим спектральным прибором?

Лабораторная работа № 14

Изучение свойств и способов получения линейно поляризованного света

14.1.1.Что такое линейно поляризованный свет, естественный свет, частично поляризованный свет?

14.1.2.Сформулировать закон Малюса.

14.1.3.Что называется степенью поляризации света?

14.1.4.Сформулировать закон Брюстера.

14.1.5.Что такое стопа Столетова?

14.2.1.Что такое идеальный поляризатор?

14.2.2.Вывести закон Малюса.

14.2.3.Вывести закон Брюстера.

14.2.4.Нарисовать ход лучей в стопе Столетова. Какова степень поляризации света, прошедшего через стопу Столетова?

14.2.5.Меняется ли степень поляризации частично поляризованного света после прохождения его через идеальный поляризатор? Если меняется, то как?

14.3.1.Что служит источником естественного света в установке?

14.3.2.Как получается поляризованный свет?

14.3.3.Как экспериментально выяснить, является ли свет поляризованным или неполяризованным?

14.3.4.Как экспериментально определить коэффициент пропускания поляризатора?

14.4.1.Чему равен угол между плоскостями поляризации поляризатора и анализатора, если интенсивность естественного света, прошедшего оба прибора, уменьшилась в 6 раз? Поглощением света пренебречь.

14.4.2.Во сколько раза изменится интенсивность естественного света при прохождении через два идеальных поляризатора, плоскости поляризации которых составляют угол 60°?

14.4.3.Под каким углом должен падать свет длиной волны λ на гладкую поверхность воды, чтобы отражаться полностью поляризованным? Показатель преломления

воды для данной длины волны равен n. Считать, что вода – идеальный диэлектрик.

14.4.4.Естественный свет падает под углом Брюстера на стопу Столетова, состоящую из N пластин. Какова степень поляризации прошедшего света?

КОЛЛОКВИУМ ПО ОПТИКЕ ( ЭТФ)

Билет № 1

1.Волновое уравнение. Уравнение плоской и сферической электромагнитных волн. Суперпозиция волн. Образование стоячей волны.

2.На плоскопараллельную пластинку падает под углом Брюстера узкий пучок естественного света. Коэффициент отражения 0,08. Найти степень поляризации света, прошедшего через пластину.

Билет № 2

1.Плоская электромагнитная волна и её свойства. Скорость, длина волны, вектор Умова-Пойнтинга, интенсивность.

2.Частично поляризованный свет проходит через николь (поляризационную призму). При повороте николя на угол 75° из положения минимального пропускания интенсивность прошедшего света увеличивается в три раза. Найти степень поляризации падающего света.

Билет № 3

1.Суперпозиция электромагнитных волн. Группа волн. Фазовая и групповая скорость, связь между ними.

2.Естественный свет с интенсивностью I0 проходит через два николя (поляризационных призмы), плоскости пропускания которых расположены под углом θ друг к другу. После прохождения через второй николь свет отражается от зеркала и проходит опять через оба николя в обратном направлении. Какова интенсивность света после обратного прохождения?

Билет № 4

1.Когерентные световые волны. Методы получения когерентных волн. Геометрическая и оптическая разность хода.

2.При прохождении естественного света через поляризатор интенсивность света уменьшается на 70%, а при прохождении через два таких поляризатора – на 87,5%. Найти угол между плоскостями пропускания этих поляризаторов.

Билет № 5

1.Интерференция световых волн. Условия максимумов и минимумов при интерференции света. Способы наблюдения интерференционной картины.

2.Дифракционная решётка содержит 250 щелей на миллиметр. Ширина щели равна расстоянию между щелями. На решетку нормально падает свет с длиной волны 600 нм. Максимум какого наибольшего порядка даёт эта решётка? Чему равен угол отклонения лучей, соответствующий последнему дифракционному максимуму?

Билет № 6

1.Интерференция света. Полосы равной толщины и равного наклона. Интерференция в тонких плёнках. Просветляющие покрытия.

2.Естественный свет падает под углом Брюстера на плоскую пластинку из стекла (показатель преломления 1,52). Какую часть интенсивности падающего света составляют интенсивности отражённого и преломлённого света?

Билет № 7

1.Расчёт интерференционной картины от двух когерентных источников. Число интерференционных полос и ширина поля интерференции. Влияние монохроматичности на интерференционную картину.

2.Дифракционная решётка длиной 3 см имеет период 0,01 мм. Найти разрешающую силу решётки в спектрах первого и четвертого порядков. Какой будет наименьшая разность различимых длин волн для зелёного света (длина волны 500 нм)?

Билет № 8

1.Интерференция света при отражении от диэлектрика. Кольца Ньютона.

2.Частично поляризованный свет, проходя через систему из двух николей (поляриза-

ционных призм) со смещёнными на угол 60 o плоскостями пропускания, ослабляется в три раза. При максимальном пропускании интенсивность прошедшего через николи света равна 0,6 интенсивности падающего света. Найти степень поляризации падающего света.

Билет № 9

1.Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Прямолинейное распространение света.

2.Явление интерференции используют для измерения диаметра тонких проволочек, протягивая их между двумя плоскими пластинками так, что образуется тонкий воздушный клин. В отражённом свете (длина волны 546 нм) ширина интерференционной полосы 2 мм, расстояние до проволоки от вершины клина 7,5 см. Найти диаметр проволоки.

Билет № 10

1.Дифракция Френеля на круглом отверстии и непрозрачном диске. Зонная пластинка.

2.На торец стеклянного стержня падает под некоторым углом α свет. Каким должен быть минимальный показатель преломления стекла, чтобы вошедший в стержень свет не мог выйти через его боковую поверхность независимо от угла α?

Билет № 11

1.Дифракция Фраунгофера на узкой щели. Распределение интенсивности дифрагированных лучей при нормальном падении. Влияние монохроматичности света на дифракционную картину.

2.На тонкий стеклянный клин с двугранным углом 5΄ падает нормально монохроматический свет с длиной волны 550 нм. Показатель преломления стекла 1,55. Найти расстояние между соседними полосами равной толщины.

Билет № 12

1.Дифракция Фраунгофера на одномерной дифракционной решётке. Распределение интенсивности дифрагированных лучей при нормальном падении. Главные максимумы.

2.На мыльную плёнку (показатель преломления 1,33) падает белый свет под углом 45°. При какой наименьшей толщине плёнки отражённый свет будет жёлтым (длина волны 550 нм)?

Билет № 13

1.Дифракция Фраунгофера на одномерной решётке. Влияние ширины прозрачных промежутков и числа щелей на дифракционную картину. Разрешающая способность дифракционной решётки.

2.Плоскопараллельная пластинка (показатель преломления 1,55) покрыта с обеих сторон просветляющей плёнкой. При какой наименьшей толщине плёнки и каком показателе её преломления пластинка будет наиболее прозрачна для жёлтого света (длина волны 590 нм)?

Билет № 14

1.Дифракция. Разрешающая способность оптических приборов и спектральных аппаратов (объектив, дифракционная решётка).

2.Кольца Ньютона наблюдаются в отражённом свете на системе из двух плосковыпуклых линз с радиусами кривизны 1,0 м и 1,2 м, сложенных выпуклыми сторонами. Найти радиальное расстояние между зелёным (длина волны 550 нм) и красным (длина волны 600 нм) кольцами четвёртого порядка.

Билет № 15

1.Дисперсия света. Нормальная и аномальная дисперсия.

2.При нормальном падении света на дифракционную решётку шириной 2 см обнаружено, что компоненты жёлтой линии натрия (длины волн 589,0 и 589,6 нм) видны раздельно, начиная с четвёртого порядка спектра. Найти период решётки.