- •Министерство сельского хозяйства российской федерации
- •Ен.Ф.03 физика
- •Ен.Ф.03 физика и биофизика
- •Лабораторный практикум
- •Введение
- •2 Описание лабораторной установки и вывод расчетной формулы
- •2.1 Микроскоп
- •2.2 Объект-микрометр и рисовальный аппарат
- •2.3 Вывод расчетной формулы увеличения микроскопа
- •2.4 Вывод расчетной формулы для показателя преломления стекла
- •3 Порядок выполнения работы и требования к оформлению результатов
- •3.1 Задание 1 Определение увеличения микроскопа
- •3.2 Задание 2 Определение показателя преломления стекла при помощи микроскопа
- •4 Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2 Определение показателя преломления жидкостей рефрактометром
- •1 Общие сведения
- •2 Описание лабораторной установки
- •3 Порядок выполнения работы и требования к оформлению результатов
- •4 Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №3 Изучение интерференции света и определение преломляющего угла бипризмы Френеля
- •1 Общие сведения
- •2 Описание лабораторной установки и выводы расчетных формул
- •2.1 Выводы расчетных формул
- •Подставляя в (6) выражение (5), получим
- •2.2 Методика работы с окулярным микрометром
- •3 Порядок выполнения работы и требования к оформлению результатов
- •4 Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №4 Изучение явления дифракции света на дифракционной решетке
- •1 Общие сведения
- •2 Описание лабораторной установки и вывод расчетной формулы
- •3 Порядок выполнения работы и требования к оформлению результатов
- •4 Контрольные вопросы
- •Закон Малюса
- •Теория метода фотоупругости
- •2 Описание лабораторной установки
- •3 Порядок выполнения работы и требования к оформлению результатов
- •3.1 Задание 1 Проверка закона Малюса
- •3.2 Задание 2 Изучение внутренних напряжений в двутавровой балке методом фотоупругости
- •4 Контрольные вопросы
- •4.1 Какой свет называется естественным, а какой - поляризованным?
- •2 Описание лабораторной установки
- •3 Порядок выполнения работы и требования к оформлению результатов
- •4 Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №7 Фотометрические характеристики и определение освещенности поверхности с помощью люксметра
- •1 Общие сведения
- •Энергетические световые величины
- •Фотобиологический процесс – зрение
- •1.3 Визуальные световые величины
- •1.4 Гигиенические нормы освещенности
- •1.5 Светочувствительные приборы
- •2 Описание лабораторной установки
- •2.1 Правила эксплуатации люксметра
- •3.2 Задание 2 Изучение распределения освещенности в учебной лаборатории
- •4 Контрольные вопросы
- •Библиографический список
2 Описание лабораторной установки и вывод расчетной формулы
Установка по изучению дифракции света состоит из набора приборов (рисунок 2), размещенных на оптической скамье.
Осветительная лампа 2 размещена в фокусе линзы 3. Параллельный пучок лучей проходит через узкую щель с раздвижными краями 4, затем объектив 5 и дифракционную решетку 6. Расстояние между дифракционной решеткой и экраном можно изменять и измерять его величину линейкой 7. Отклоненные дифракционной решеткой лучи попадают на экран 8. Ход лучей за дифракционной решеткой показан на рисунке 3. Из прямоугольных треугольников SOA можно получить соотношение
, (2)
где l = SO – расстояние от дифракционной решетки до экрана, x = OA- расстояние от центра экрана до заданной полосы.
Рисунок 2 Установка для изучения дифракции света:
1 – защитный кожух; 2 – осветительная лампа;
3 – коллиматорная линза; 4 – раздвижная щель;
5 – объектив; 6 – дифракционная решетка;
7 – измерительная линейка; 8 – экран
Рисунок 3 Ход лучей в установке:
1 – дифракционная решетка, 2 – экран
При угол мал, поэтому в первом приближении можно принять, что . Подставив выражение (2) в условие максимума дифракционной решетки (1), получим формулу для определения длины световой волны:
, (3)
где х – расстояние между красными или между фиолетовыми полосами в спектре одного порядка (соответственно хk или x), м; k – порядок спектра, отсчитываемый от центральной белой полосы; d – постоянная дифракционной решетки, d=0,01 мм=10-5 м (на 1 мм длины нанесено 100 штрихов); - расстояние от дифракционной решетки до экрана, м.
3 Порядок выполнения работы и требования к оформлению результатов
3.1 При подготовке к лабораторной работе необходимо изучить и составить конспект по теме «Дифракция света» по одному из учебников, указанных в библиографическом списке:
- для инженерных специальностей С.331 – 341 /1/, С.436 – 447 /2/, С.134 – 173 /4/;
- для неинженерных специальностей С.470 – 480 /3/.
3.2 Включить осветительную лампу.
3.3 С помощью регулировочного рычага (или винта) установить ширину щели около 5 мм.
3.4 Расстояние от щели до дифракционной решетки должно быть не более 10 см.
3.5 Поместить подвижный экран 8 на расстояние 25…30 см от дифракционной решетки.
3.6 Добиться наиболее яркого спектра на экране 8.
3.7 Измерить расстояние между фиолетовыми полосами x и между красными полосами хk в спектрах первого порядка (k=1) (рисунок 3). Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 1.
3.8 Измерить x и хk в спектрах второго порядка (k=2).
3.9 Переместить подвижный экран 8 на расстояние 40…50 см от дифракционной решетки и измерить x и хk в первом и во втором порядках спектра.
3.10 По формуле (3) рассчитать длину волны ф и k в четырех опытах, затем найти средние и .
3.11 Найти абсолютные погрешности для каждого измерения Δλi = - λi, затем вычислить средние арифметические погрешности и. Измеренные и вычисленные значения внести в таблицу 1.
Таблица 1 Результаты измерений расстояний и определения
длин световых волн
Обозначения физических величин |
|||||||||
№ опыта |
d, м |
k |
, м |
хф, , м |
хk, м |
ф нм |
ф нм |
k, нм |
k |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
среднее |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3.12 Рассчитать экспериментальные погрешности по правилам математической статистики. Среднюю квадратическую погрешность найти как произведение
.
Затем по таблице Стьюдента (Приложение А) для N=4 и доверительной вероятности Р = 0,997 (или Р = 0,95) найти коэффициент tpN .
Границы доверительного интервала для средней длины волнынайти как произведение
. (4)
3.13 Для сравнения точности эксперимента (4) и точности инструментов провести расчет инструментальной погрешности .. Максимальные погрешности определения х и по миллиметровой линейке х==1мм (им соответствует доверительная вероятность 0,997). Для косвенных измерений длин волн расчет погрешности провести по формуле:
,
затем найти абсолютную инструментальную погрешность:
. (5)
Сравнить эту инструментальную погрешность (5) с экспериментальной (4). Из них взять ту, которая больше, и записать окончательный результат.
3.14 Окончательный результат выразить в нанометрах (1 нм = 10-9 м) и представить числовой результат в виде:
,
.
3.15 Сделать вывод. Сравнить найденные длины волн ф и k с видимым диапазоном шкалы электромагнитных волн.