- •Кафедра общей и технической физики
- •Лабораторная работа 1
- •Основные теоретические сведения
- •Рис. 8. Структура исследуемого образца
- •Санкт-Петербургский государственный горный институт
- •Кафедра общей и технической физики
- •Лаборатория физики твердого тела и квантовой физики
- •Лабораторная работа 2
- •Кафедра общей и технической физики
- •Лаборатория физики твердого тела и квантовой физики
- •Лабораторная работа 3
- •2.2. Металлы
- •Кафедра общей и технической физики
- •Лаборатория физики твердого тела и квантовой физики
- •Лабораторная работа 4
- •Гальваномагнитные явления в твердых телах
- •Кафедра общей и технической физики
- •Лаборатория физики твердого тела и квантовой физики
- •Лабораторная работа 6
- •Исследование солнечных генераторов электроэнергии
- •Кафедра общей и технической физики
- •Лаборатория физики твердого тела и квантовой физики
- •Лабораторная работа 7
- •Кафедра общей и технической физики
- •Лаборатория физики твердого тела и квантовой физики
- •Лабораторная работа 8
- •Кафедра общей и технической физики
- •Лаборатория физики твердого тела и квантовой физики
- •Лабораторная работа 9
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •МЕХАНИКА
- •ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ ПРЯМЫХ И КОСВЕННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ
- •Таблица 1
- •Таблица 2
- •Контрольные вопросы
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •МЕХАНИКА
- •Таблица 1
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •МЕХАНИКА
- •Общие сведения
- •Порядок выполнения работы
- •Последовательность проведения измерений следующая:
- •Теоретическое значение момента инерции маятника
- •Контрольные вопросы
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •МЕХАНИКА
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •МЕХАНИКА
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •МЕХАНИКА
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •МЕХАНИКА
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •МЕХАНИКА
- •МОМЕНТ ИНЕРЦИИ РАЗЛИЧНЫХ ТЕЛ. ТЕОРЕМА ШТЕЙНЕРА
- •Цель работы – измерить моменты инерции различных тел. Проверить теорему Штейнера.
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •МЕХАНИКА
- •Общие сведения
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •МЕХАНИКА
- •Общие сведения
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •МЕХАНИКА
- •ВЫЧИСЛЕНИЕ ПОГРЕШНОСТИ ПРИ ПРЯМЫХ ИЗМЕРЕНИЯХ
- •Кафедра общей и технической физики
- •Лабораторная работа 1
- •Основные теоретические сведения
- •Рис. 8. Структура исследуемого образца
- •3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ВОЗДУХА ИНТЕРФЕРОМЕТРОМ ЖАМЕНА
- •Теоретические аспекты.
- •Описание установки.
- •Порядок выполнения работы.
- •Описание установки.
- •Порядок выполнения работы.
- •5. ИЗМЕРЕНИЕ РАЗРЕШАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ОБЪЕКТИВОВ
- •Описание установки.
- •Порядок выполнения работы.
- •Таблица 2
- •6. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛЯРИЗОВАННОГО СВЕТА
- •Описание установки.
- •Задание 1. Исследование поляризации лазерного излучения.
- •Задание 2. Изучение закона Малюса.
- •Таблица 1
- •Задание 3. Изучение эллиптической поляризации.
- •Таблица 2
- •Задание 4. Исследование круговой поляризации.
- •7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ САХАРНОГО РАСТВОРА САХАРИМЕТРОМ
- •Общие сведения
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Описание установки.
- •Снятие отсчета по лимбу
- •Порядок выполнения.
- •часть I. Определение преломляющего угла призмы
- •Таблица 1
- •Таблица 2
- •Часть III. Построение кривой дисперсии.
- •Таблица 3
- •Экспериментальная установка и порядок ее настройки
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •Теоретические основы лабораторной работы
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Обработка результатов измерений
- •Содержание отчёта
- •Контрольные вопросы
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •Теоретические основы лабораторной работы
- •Порядок выполнения работы
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •Теоретические основы лабораторной работы
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов
- •Обработка результатов
- •Содержание отчета:
- •Контрольные вопросы
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •Теоретические основы лабораторной работы
- •Электрическая схема установки
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов измерений
- •Содержание отчёта
- •Контрольные вопросы
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •Теоретические основы лабораторной работы
- •Схема установки
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •2. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ КОЭФФИЦИЕНТА ПОГЛОЩЕНИЯ ЖИДКОСТИ ОТ ДЛИНЫ ВОЛНЫ.
- •Порядок выполнения работы.
- •ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
- •ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ
- •Порядок выполнения работы.
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •МЕХАНИКА
- •Описание установки
- •Пояснение к схеме:
- •Краткая теория
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •МЕХАНИКА
- •ИЗУЧЕНИЕ ИЗОПРОЦЕССОВ В ГАЗАХ
- •Экспериментальная установка
- •Порядок выполнения работы
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •МЕХАНИКА
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •МЕХАНИКА
- •Описание экспериментальной установки
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •Теоретические основы лабораторной работы
- •Порядок выполнения работы
- •2. Исследование основных параметров колебательного контура и обработка результатов
- •Содержание отчёта
- •Контрольные вопросы
- •Приложение
- •Методические указания к лабораторной работе № 5
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •Теоретические основы лабораторной работы
- •Порядок выполнения работы
- •Исследование основных параметров резистивно-индуктивной цепи
- •Обработка результатов
- •Содержание отчёта
- •Контрольные вопросы
- •Методические указания к лабораторной работе № 6
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •Теоретические основы лабораторной работы
- •Порядок выполнения работы
- •Содержание отчёта
- •Контрольные вопросы
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •Теоретические основы лабораторной работы
- •Измерительная установка и электрическая схема
- •Порядок выполнения эксперимента.
- •Обработка результатов измерений
- •Содержание отчёта
- •Контрольные вопросы:
- •Экспериментальная установка
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •Теоретические основы лабораторной работы
- •Схема установки
- •Порядок выполнения работы.
- •Обработка результатов.
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •Приложение
- •Методические указания к лабораторной работе № 9
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •Теоретические основы лабораторной работы
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов измерений
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •Теоретические основы лабораторной работы
- •Измерительная установка и электрическая схема
- •Методика измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов измерений
- •Содержание отчёта
- •Контрольные вопросы
- •Работа № 12 Исследование эффекта Джоуля-Томпсона при адиабатическом истечении газа
- •Работа № 17 Определение теплопроводности газов методом нагретой нити
- •Кафедра Общей и технической физики
- •Термодинамика, теплопередача, тепло и массообмен
- •ФИЗИКА
- •Работа №1 Газовые законы. Тарировка газового термометра
- •Работа №2 Цикл тепловой машины
- •Работа № 6 Определение теплоемкости твердого тела
- •Работа № 8 Определение показателя адиабаты при адиабатическом расширении газа
- •Экспериментальная установка
- •Работа № 10 Определение коэффициента термического расширения (линейного) твердого тела
- •Работа № 11 Определение коэффициента термического расширения (объемного) жидкости
- •Работа № 12 Исследование эффекта Джоуля-Томпсона при адиабатическом истечении газа
- •ЗАДАНИЕ
- •Работа № 13 Исследование диффузии газов
- •Работа № 17 Определение теплопроводности газов методом нагретой нити
- •Работа № 18 Определение теплопроводности твердого тела (пластина)
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •ФИЗИКА НА КОМПЬЮТЕРЕ
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •ФИЗИКА НА КОМПЬЮТЕРЕ
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •ФИЗИКА НА КОМПЬЮТЕРЕ
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •ФИЗИКА НА КОМПЬЮТЕРЕ
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •ФИЗИКА НА КОМПЬЮТЕРЕ
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •ФИЗИКА НА КОМПЬЮТЕРЕ
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •ФИЗИКА НА КОМПЬЮТЕРЕ
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •ФИЗИКА НА КОМПЬЮТЕРЕ
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •ФИЗИКА НА КОМПЬЮТЕРЕ
- •Санкт- Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
- •(технический университет)
- •ФИЗИКА НА КОМПЬЮТЕРЕ
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •Теоретические основы лабораторной работы
- •Схема установки
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов
- •Содержание отчёта
- •Контрольные вопросы
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •Теоретические основы лабораторной работы
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Обработка результатов измерений
- •Содержание отчёта
- •Контрольные вопросы
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •Теоретические основы лабораторной работы
- •Описание установки
- •Порядок выполнения
- •Обработка результатов
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •Экспериментальная установка
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •Экспериментальная установка
- •10.2. Состав
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
- •САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ САХАРНОГО РАСТВОРА САХАРИМЕТРОМ
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Ведение. Видимый свет, как известно, представляет собой электромагнитные волны с длинами волн от 4 10-7 до 7 10-7 м. В электромагнитной волне векторы напряженности
электрического поля Е и магнитного поля Н взаимно перпендикулярны и одновременно перпендикулярны направлению распространения волны. Волны с такими свойствами называют поперечными.
Плоскость, проведенную через направления векторов напряженности электрического поля и световой луч, называют плоскостью колебаний электрического вектора.
Если для некоторого пучка света плоскость колебаний электрического вектора не изменяет своего положения в пространстве, то такой свет называют линейно (или плоско) поляризованным.
Для получения линейно поляризованного света используют специальные призмы, изготовленные из исландского шпата, и эти призмы называют поляризаторами. Аналогичные по устройству призмы, используемые для анализа поляризованного света, называют анализаторами.
Ряд веществ обладает способностью поворачивать плоскость колебаний вектора Е,
проходящего через них светового луча. Это явление называется оптической активностью. К оптически активным веществам относятся некоторые кристаллы и растворы (например кварц и раствор сахара в дистиллированной воде).
Вращение плоскости поляризации объясняется особым расположением атомов в пределах молекулы оптически активного вещества.
Если между скрещенными поляризатором и анализатором поместить оптически активное вещество, то плоскость поляризации света, вышедшего из поляризатора, повернется вокруг светового луча на некоторый угол, и анализатор пропустит свет. Чтобы вновь погасить свет, необходимо повернуть анализатор на угол α, равный углу вращения плоскости поляризации. Угол поворота плоскости поляризации при прохождении поляризованного света через кристалл пропорционален толщине активного слоя . Для
активного раствора угол поворота пропорционален длине пути луча в растворе и концентрации раствора с.
Для кристалла
|
|
‚ |
|
для раствора |
|
|
|
с ‚ |
|
где ρ′ и ρ″ - удельное вращение соответственно для |
|
кристалла и раствора. |
|
Удельное вращение (коэффициент ρ″) численно равен |
|
углу поворота плоскости поляризации при длине пути в 1 м и |
|
единичной концентрации активного раствора. Удельное |
|
вращение зависит от рода активного вещества и длины волны |
|
проходящего света. |
|
Целью лабораторной работы является определение |
|
величины удельного вращения ρ″ для раствора сахара (для |
Рис.1 |
чего используется эталонный раствор), а также определение |
|
концентрации сахара в некотором исследуемом растворе. |
|
1
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ
Концентрация раствора сахара определяется прибором, который называется сахариметром. Его основными частями являются поляризатор и анализатор, между которыми помещается трубка с раствором сахара
Так как точно установить поляризатор и анализатор “на темноту “ невозможно, то в сахариметре применяется полутеневой поляризатор. Получается он из поляризационной призмы Николя, разрезанной по двум плоскостям, симметричным плоскости главного сечения ОО′ (рис.1) и составляющими между собой небольшой угол 2β. Лежащий между этими плоскостями клин вырезается, и обе половинки склеиваются. Каждая половинка представляет собой самостоятельный поляризатор, причем плоскости колебаний электрического вектора Р1 и Р2 лучей света, прошедших через них, образуют угол 2β.
При прохождении через анализатор обоих лучей правая и левая половины поля зрения освещены одинаково только в том случае, если плоскость поляризации анализатора составляет одинаковые углы с плоскостями поляризации обоих лучей. Последнему условию удовлетворяет плоскость ОС (рис. 2а). Если на пути луча, вышедшего из поляризатора, поместить трубку с раствором сахара, то плоскости поляризации Р1 и Р2 повернутся на
|
С |
|
|
|
С |
|
|
|
а)Р1 |
|
Р2 |
б) |
Р1 |
|
Р2 |
||
|
|
|||||||
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
Рис.2 |
0 |
|
|
некоторый угол (рис.2,б), и освещенности правого и левого поля зрения будут различными. Для уравнивания освещенности полей в сахариметре имеется компенсирующий кварцевый клин, вращающий плоскость поляризации в сторону, обратную той, в которую вращает ее раствор сахара. Двигая клин, можно подобрать толщину кварца, при которой вращение, вызванное раствором, полностью компенсируется.
Оптическая схема сахариметра (рис.3) следующая: свет от источника 1 проходит через фильтр 2, выделяющий узкую спектральную область. За фильтром расположены
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис.3 поляризатор 3, трубка с раствором сахара 4, кварцевый клин 5 и анализатор 6.
|
|
|
|
|
На рис.4 показан внешний вид |
||||
|
|
|
|
|
сахариметра. Источником света 1 служит лампа |
||||
|
|
|
|
|
накаливания, укрепленная внутри прибора. |
||||
|
|
|
|
|
Фильтр (красный) может быть введён в |
||||
1 |
2 |
3 |
5 |
6 |
оптический |
канал с |
помощью |
вращения |
|
держателя 2. Трубка с исследуемым раствором |
|||||||||
4 |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
сахара вкладывается в прибор через продольный |
|||||
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
вырез 3, закрывающийся шторкой. Две |
||||
|
|
Рис.4 |
|
|
половинки поля зрения наблюдаются в окуляр |
||||
|
|
|
|
зрительной |
трубки |
4. |
Кварцевый |
||
|
|
|
|
|
2
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
компенсирующий клин перемещается винтом 5. С подвижным кварцевым клином связана шкала, которую можно наблюдать с помощью окуляра 6.
В поле зрения окуляра 6 видна основная шкала (верхняя часть шкалы) и нониус (нижняя часть шкалы). Ноль основной шкалы (рис.5) расположен в центре. Отсчеты вправо от него берутся со знаком плюс, влево – со знаком минус. Нониус также имеет ноль посередине. Целое число градусов отсчитывается по основной шкале против нулевого деления нониуса. Десятые доли градуса определяются по нониусу обычным способом.
Однако, если ноль нониуса сдвинут в положительную часть основной шкалы, то для нахождения десятых долей градуса используется правая часть нониуса; если же он сдвинут в отрицательную часть основной шкалы, то используется левая часть нониуса. Например, на рисунке 5,а отсчет равен + 1,55 градуса, а на рисунке 5,б – 6,30 градуса. Шкала прибора проградуирована в международных сахарных градусах. Сто градусов этой шкалы соответствуют 34,62 дуговых градуса.
- 0 +
Рис.5
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1.Устанавливаем резкую границу между правой и левой половинками поля зрения передвижением окуляра зрительной трубки (4 на рис.4). Вращая ручку 6, перемещающую кварцевый клин, уравниваем освещенности полей зрения в области полутени при темном поле зрения окуляра, так как лишь при этом условии малейший поворот рукоятки вызывает резкую смену соотношения освещенности обеих половинок поля зрения окуляра. Снимаем
нулевой отсчет α0 по шкале, видимой в лупу. Измерения проводим 3 раза с красным
светофильтром.
2.Помещаем в сахариметр трубку с раствором сахара известной концентрации и закрываем шторку. Уравниваем освещенности полей зрения при темном поле зрения
окуляра. Для красного светофильтра 3 раза определяем α1, соответствующий равенству
освещенностей. Находим среднее α
3.Вычисляем угол поворота плоскости поляризации для красного света и затем определяем удельное вращение по формуле:
ρ″═α ∕ ℓС,
где α═α1 – α0.
Значения ℓ и С указаны на трубке.
4.Помещаем в сахариметр трубку с раствором сахара, концентрацию которого надо определить. Повторяем все измерения, описанные выше. Получаем α2 .
5.Вычисляем αX ═α2 – α0 для красного света. Подставив полученные значения в
формулу
СX = αX ∕ ρ″ιX,
3
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
определяем концентрацию сахара в растворе, а затем находим Схср . Все измерения записываем в таблицу 1.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1 |
|
|
|
Определениеудельноговращения |
|
|
Определениеконцентрациисахарного |
|
|||||||||
Светофильтр |
|
|
|
|
|
раствора |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
№ |
О |
Оср |
1 |
1ср |
|
|
2 |
|
2ср |
Х |
|
СХ |
СХср |
|
Красный |
1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Без |
1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
светофильтра |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6. Вычисляем погрешность определения концентрации сахара в растворе.
4
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
8. ИЗУЧЕНИЕ ПРЕЛОМЛЕНИЯ СВЕТА ПРИЗМОЙ, ИЗУЧЕНИЕ ДИСПЕРСИИ СВЕТА.
|
ξ |
Введение. |
Абсолютным |
показателем |
|
n |
преломления некоторого вещества в электромагнитной |
||||
А |
теории называется число, показывающее, во сколько |
||||
|
|||||
|
|
раз скорость волны в вакууме больше скорости волны в |
|||
|
В |
веществе: N = C/V. |
|
|
|
1 |
Абсолютный показатель преломления связан с |
||||
|
|
диэлектрической и магнитной проницаемостями среды |
|||
|
|
следующим |
|
образом: |
|
|
k |
N = . |
|
|
λ0
Рис. 1
вакууме.
Дисперсией вещества называют производную показателя преломления по длине волны DN/Dλ0.
Теория дисперсии построена на представлении об электроне, квазиупруго связанном в атоме и испытывающем со стороны среды действие сил, аналогичных силам трения (модель Г.А.Лоренца). В поле электромагнитной волны электрон, находящийся в электронной оболочке атома, совершает вынужденные колебания под действием гармонической силы с частотой, равной частоте волны. Колебания сопровождаются появлением гармонических ускорений в движении электрона. Ускоренно движущийся электрон, как известно из теории излучает электромагнитную волну, частота которой равна частоте колебаний. Таким образом, ускоренно движущийся электрон излучает вторичную волну, отличающуюся по фазе от первичной. Первичная электромагнитная волна и волна, излученная электронами, складываются, и образуют результирующую волну, фазовая скорость которой оказывается при этом отличной от её скорости в вакууме. Чем ближе частота электромагнитного излучения к "собственной" частоте колебаний электрона в атоме, тем больше амплитуда колебаний электрона, и больше это различие.
Зависимость показателя преломления N от частоты электромагнитной волны ω (т.н.
дисперсионная зависимость) приближенно определяется следующим соотношением:
N2 = 1 + N/ε0 E 2 / M( 2 0K 2 ) ,
K
где N – концентрация молекул вещества, E и M – заряд и масса электрона, ω0k – собственная частота колебаний электрона в атоме. На тех же частотах ω0k (они ещё носят
название резонансных) происходит наиболее интенсивное поглощение излучения веществом.
Зависимость показателя преломления N от длины волны 0 представлена на рис. 1. Здесь же приведена зависимость коэффициента поглощения k от длины волны.
Прозрачные бесцветные вещества имеют в видимой части спектра функцию N (λ0) как на участке АВ. Здесь дисперсия вещества DN/Dλ0 отрицательна и возрастает по модулю с уменьшением λ0. В этом случае дисперсию называют нормальной.
В области сильного поглощения (в полосе поглощения) дисперсия DN/Dλ0 наоборот положительна. Возрастание показателя преломления с ростом λ0 называют аномальной
дисперсией (закрашенный участок на рис.1).
Рассмотрим преломление света призмой. Пусть на грань АВ трёхгранной призмы АВС (рис. 2, а) падает луч света. После двукратного преломления на гранях луч выходит из призмы отклонённым от первоначального направления на угол δ, называемый
1
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
углом отклонения. Угол при вершине призмы - γ называют преломляющим углом призмы. Угол отклонения зависит от угла падения α1, преломляющего угла призмы γ и показателя преломления материала призмы N.
Рассмотрим случай симметричного хода луча через призму (рис. 2, б). При этом α1 =
|
В |
|
|
В |
|
|
|
γ |
|
|
γ |
|
|
|
|
δ |
D |
K |
δ |
E |
α1 |
|
α - β |
|
|||
β1 |
α2 |
α |
β |
β |
α |
|
β2 |
|
|
||||
А |
а) |
С |
А |
б) |
С |
|
|
|
Рис. 2 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
α2 = α, и β1 = β2 = β, а угол отклонения δ принимает наименьшее значение и называется углом наименьшего отклонения.
Свяжем угол наименьшего отклонения δ с преломляющим углом призмы и
показателем преломления. По закону преломления, |
|
sin α/ sin β = N |
(1) |
Из треугольника DBE: γ + 2(90о - β) = 180о, откуда |
|
β = γ/2. |
(2) |
Угол δ – внешний для треугольника DKE, следовательно, δ = 2(α - β), или, с учётом |
|
равенства (2), |
|
α = (γ + δ)/ 2. |
(3) |
Подставив (2) и (3) в (1), получим рабочую формулу для расчета показателя преломления:
N = (sin (γ + δ)/ 2)/(sin (γ/2)).
Таким образом измерив преломляющий угол |
|
призмы γ и угол наименьшего отклонения δ, можно |
|
определить показатель преломления стекла, из которого |
|
изготовлена призма. |
|
Поскольку показатель преломления зависит от |
|
длины волны, лучи, соответствующие волнам разной |
|
длины, будут преломляться в призме под разными |
α |
углами (рис. 3). Поэтому наблюдаемое изображение |
|
входной щели прибора в разных длинах волн видно под |
|
разными углами как набор вертикальных отрезков |
А |
разного цвета. Это т.н. дисперсионный спектр. |
|
В работе требуется измерить показатель |
|
преломления стекла для нескольких длин волн и |
|
построить график зависимости показателя преломления |
|
от длины волны (кривую дисперсии). |
|
(4)
В
γ
δ(λ)
β(λ)
α2(λ)
С
Рис. 3
2