оптика / Лабораторки

расход мощности составляет 0,6 Вт на одну канделу.

ка

УПРАЖНЕНИЕ 1. ГРАДУИРОВКА ГАЛЬВАНОМЕТРА

ФОТОЭЛЕМЕНТА

т

е

1) Собрать электрическую цепь по схеме:

к

7) Найти среднее значение постоянной В.

л

е

Таблица 1

Показания

Ток гальванометра

В (люкс/мА)

Вср (люкс/мА)

Э

юксметра

фотоэлемента I (мА)

Е (люкс)

21

№

Сила тока

Напряжение

Сила света

л

Освещен

2

(А)

(В)

(кд)

б

ность

фотоэ емен

п/

и

та (мА)

(лк)

4

п

1

3

б

5

ая

4) Построить график зависимости Еф от Iист.

н

УПРАЖНЕНИЕ 3. ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ОСВЕЩЕННОСТИ ОТ

РАССТОЯНИЯ ДО ИСТОЧНИКА

1) Установить источник света а минимальном расстоянии (R) от лампы (5

см).

IU

2) Выбрать определенн е значение силы света лампы (

I

ист

=

) и в

р

н

0, 6

данном опыте сох анить его постоянным.

3) Увеличивая

асстояниео

(R) от лампы до фотоэлемента, записать значения

к

= ВI мА ).

освещеннос и через каждые 5 см. ( Еф

е

№

Расстояние R (м)

Освещенность Е (люкс)

пт/п

л

1

2

Э

3

4

5

4) Построить график зависимости Еф от R.

22

УПРАЖНЕНИЕ 4. ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ОСВЕЩЕННОСТИ

ОТ УГЛА ПАДЕНИЯ ЛУЧЕЙ

ка

1)

Установить источник света на определенном расстоянии от фотоэлемента

(10-15 см).

т

е

2)

Выбрать определенное значение силы света источника çæ

Iu =

I лU л

÷ö .

0, 6

è

ø

3)

При постоянном расстоянии (R) и силе света источника(Iи) пост п нно

т

р

о

н

к

е

л

Э

Цель работы: определение длины световой волны с помощью бипризмы

Френеля.

е

ка

Приборы и принадлежности: лазер, бипризма (БП),

экран(Э),

рассеивающая линза(Л1).

и

о

т

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ

Интерференция света

Под интерференцией понимают наложение двух и и более когерентных

волн, в результате

чего

происходит

пространственное перераспределение

л

светового потока, т.е. в одних местах возникают максимумы, а в других -

минимумы интенсивности.

б

Интерференция

волн

возможна

только при выполнении условия

б

и

называются когерентными.

н

Из повседневного опыта

известно, что при наложении света от двух

независимых источников ( апример, двух электрических ламп накаливания)

н

аяявление интерференции. Увеличение числа

никогда не удается наблюдать

поэтому прибегают к искусственному приему, который состоит в том, что

заставляют ин ерферироватьр

части от одной и той же волны, идущие от

единственного источника и достигающие точки наблюдения по разным

т

путям, благодаря чему между ними возникает некоторая разность хода.

Разд л ниексвета на когерентные системы волн можно осуществить с

помощью тонких пленок, бизеркал Френеля и бипризм Френеля.

Э

л

е

24

т

е

ка

а)

Рис. 1

б)

Наблюдение интерференции света с помощью бипр змы Френеляо

(Рис. 1).

а) схема опыта (вид сверху),

и

б) интерференционная картина.

В данной работе для получения когерентных источниковл

применяется

бипризма Френеля. Бипризма состоит из двух од наковых трехгранных

призм, сложенных основаниями и изготовленныхб

как одно целое.

Преломляющие углы при верхней и нижней верш нах бипризмы очень

малы (порядка долей градуса).

и

Волна, идущая от источника S, раздваивается путем преломления в

1

ая1

1

двух половинах бипризмы и доходит до точекб

экрана по двум различным

путям, т.е. с определенной разностью хода. В результате на экране будут

наблюдаться две точки.

н

Колебания источников S1 и S2 можно представить в виде

x

= A cos(ωt − ϕ )

о

x2

= A2 cos(ωt − ϕ2 )

В результате наложения когерентных волн образуются максимумы и

минимумы.

н

Амплитуда колебаний будет максимальна, если разность фаз:

т

р

ì0

,κ = 0,1,2,3...

ϕ1 -ϕ2 = í

î2πκ

и оптич с ая разность хода: =κλ , где к=1,2,3....

л

ìπ

т.е. максимумкамплитуды получается в точках, для которых разность хода

учей равна нулю или целому числу длин волн.

Э

колебаний будет минимальна, если разность фаз:

Амп итудае

ϕ1 -ϕ2

= í

,κ = 0,1,2,3...

î(2κ +1)π

25

и минимум амплитуды получается в точках, для которых разность хода лучей

равна нечетному числу полуволн:

ка

D = (2 к + 1) × λ / 2, где к = 0,1,2,3 ...

е

При

±2 и

разностях фаз, имеющих промежуточные значения между

т

±(2к+1)π , где к - целое число, имеет место некоторый ср дний эффект

усиления или ослабления колебаний.

Описание установки

Установка

представляет

собой систему

из

источника

света -

лазера,

л

оческой скамье, по

бипризмы БП и экрана. Все эти элементы установлены на опт

которой они передвигаются.

б

В

работе

используется

бипризма с углом междуи

преломляющими

гранями

ϕ =3/=8,7∙ 10-4рад,

изготовленная

из

вещества

с показателем

преломления n ≈ 1,6.

УПРАЖНЕНИЕ 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ СВЕТОВОЙ ВОЛНЫ

С ПОМОЩЬЮ БИПРИЗМЫи ФРЕНЕЛЯ

ая

Схема установкиб

о

н

н

т

р

к

е

л

Э

1.

Установить источник света на расстоянии D=100 см от экрана.

2.

Установить бипризму (БП) таким образом, чтобы получить на экране

3.

Определить ширину интерференционной картины h'.

4.

Вычислить расстояние между мнимыми источниками – l по формуле:

где n =1,6 – показатель преломления; а – расстояние от источни а до

линзы;ϕ =3'=8,7∙ 10-4 рад.

т

е

ка

5.

Вычислить искомую длину волны:

о

λ =

l

f

Dh'

и

D

f

+

D2

4

где f = - 20 см – фокусное расстояние линзы.

6.

Пункты 1-5 повторить 3 раза.

7.

Найти среднее значение λ .

8.

Оценить абсолютную погрешность измерения:

Dλ =

λ - λср

б

л

9.

Определить относительную погрешность

змерения:

Dλ

и

ε =

×100%

λ

ср

б

10.Полученные данные занести в таблицу:

Таблица 2

№

D, м

h', м

l , м

λ , м

λ , м

ε , %

п/п

ая

1

н

2

3

н

Контрольные воп осы:

о

1.

Какие волны (источники) называются когерентными?

2.

р

Физическая природа интерференции (примеры).

3.

Условие наблюденият

интерференции.

4.

Способы получения когерентных волн.

к

5. Условие max и min интерференции.

6.

Приведите расчет интерференционной картины.

7.

Применениее

интерференции в технике.

8.

Цветные, «радужные», полосы наблюдаются на нефтяных и масляных

Э

пленкахл

, мыльных пузырях, пленках оксидов на поверхности металлов и т.д.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5

ка

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ СВЕТОВОЙ ВОЛНЫ С ПОМОЩЬЮ

ДИФРАКЦИОННОЙ РЕШЕТКИ

Цель работы: Изучение дифракции Фраунгофера в

монохроматичес ом и

«белом» свете с помощью дифракционной решетки.

о

е

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ

и

1. Явление загибания световых волн в область ге метрическойт

тени

называется дифракцией. Это свойство присуще всем волнам независимо от их

природы. Дифракционные явления в

сходящ хся лучах

(дифракция

л

сферической волны) были изучены Френелем и этот т п дифракции называется

дифракцией Френеля.

б

Дифракция в параллельных лучах

(дифракция

п оской

волны)

была

волны.

и

2.Дифракционная решетка представляет собой ряд параллельных щелей

ая

б

решетки.

н

Дифракционные решетки изготавливают на стекле или металле (в

последнем случае решетка азывается отражательной). Тончайшим алмазным

н

острием с помощью точ ой делительной машины наносится ряд тонких

параллельных штрихов

оди аковой ширины

и расположенных на

равных

о

расстояниях друг от друга. При этом штрихи, рассеивающие свет во все

стороны,

играют роль

непрозрачных

промежутков,

а нетронутые

места

р

пластинки роль щелей. Число штрихов на 1мм может достигать 2000.

3.Пусть

на диф акционную решетку

падает

пучок

параллельных

лучей

т

монохроматического света, перпендикулярных к её плоскости (рис. 2)

к

Дифракционная картина на решетке определяется как результат взаимной

интерференции волн, идущих от всех щелей, т.е. в дифракционной решетке

е

осуществляется многолучевая интерференция когерентных дифрагированных

пучков св та, идущих от всех щелей.

Э

л

29

MN= a

ка

NC= b

M N

C

D

е

F

т

о

φ

φ

Линза

и

Экран

Рис. 2

Т.к. щели находятся на одинаковом расстоянии друг от друга, то разности

хода лучей, идущих от двух соседних щелей,

л

удут для данного направления j

одинаковы в пределах всей дифракционной решетки:

б

= СF = (а + b)sinϕ = d sinϕ

(3)

и

Очевидно, что в тех направлениях,

в которых