- •Лабораторна робота № 1 Визначення показника заломлення скла за допомогою лазера.
- •Теоретичні відомості.
- •Опис установки
- •Порядок виконання роботи
- •Порядок роботи.
- •Контрольні запитання.
- •Лабораторна робота № 3 Визначення головної фокусної віддалі лінз.
- •Теоретичні відомості
- •Порядок роботи Завдання 1: Визначення головної фокусної віддалі збірної лінзи.
- •Завдання 2. Визначення головної фокусної віддалі розсіювальної лінзи.
- •Лабораторна робота №5 Вивчення моделі зорової труби.
- •Теоретичні відомості
- •Порядок роботи. Завдання 1. Скласти модель зорової труби та визначити її збільшення.
- •Лабораторна робота № 6 Визначення кривизни лінзи і довжини світлової хвилі за допомогою кілець Ньютона.
- •Теоретичні відомості
- •Опис установки.
- •Порядок роботи.
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота № 7. Визначення довжини світлової хвилі за допомогою біпризми Френеля.
- •Теоретичні відомості.
- •Опис установки.
- •Порядок роботи.
- •Контрольні запитання.
- •Порядок роботи.
- •Контрольні запитання.
- •Теоретичні відомості
- •Завдання1. Визначити постійну дифракційної решітки за допомогою гоніометра.
- •Лабораторна робота № 11 Вивчення дифракції Фраунгофера на щілині.
- •Теоретичні відомості
- •Порядок роботи
- •Контрольні питання.
- •Лабораторна робота № 12
- •1.Поляризація світла і закон Малюса
- •2.Поляризація при подвійному променезаломленні.
- •1. Перевірка закону Малюса
- •2.Поляризація світла при відбиванні
- •3.Поляризація при подвійному променезаломленні.
- •4.Спостереження явища інтерференції в поляризованих променях.
- •Завдання п. Вимірювання показника заломлення по куту найменшого відхилення.
Лабораторна робота № 1 Визначення показника заломлення скла за допомогою лазера.
Прилади: оптична лава, лазер, рейтери, короткофокусна лінза, екран, плоско-паралельна скляна пластина.
Теоретичні відомості.
Відомо, що промінь світла на межі двох середовищ заломлюється. Виключення складає випадок, коли промінь падає на межу поділу нормально. В цьому випадку промінь не змінює свого напрямку. На мал. 1 показано хід променя, що падає на плоско-паралельну пластинку під кутом .
Якщо грані S і S пластинки плоско-паралельні, то промінь АО буде паралельним вісі ОО, тобто початковому напрямку. Зміщення променя в пластинці h = АС. Величина h залежить від товщини d пластинки, показників заломлення скла і середовища, в якому ця пластинка знаходиться, а також від кута падіння .
Знайдемо цю залежність з мал. 1:
з ОАС: h = ОА sin ( -), (1)
ОА= d/ cos , (2)
H = d sin ( - )/ cos (3)
З закону заломлення для випадку скляної пластинки в повітрі можна записати: (4)
де n – показник заломлення скла.
Мал.1.
Із (3) і (4) можна одержати формулу для визначення показника заломлення скла:
(5)
В пластинах з товщиною d декілька сантиметрів зміщення буде порядку декількох міліметрів. Для кращого спостереження величини h бажано застосувати короткофокусну лінзу. Хід променів в такому випадку показаний на мал.2.
Мал. 2
На екрані Е2 отримаємо збільшене зміщення променя Н, яке зв’язане з h виразом:
(6),
де D – оптична сила лінзи,
b – віддаль лінза-екран.
Враховуючи (6) можна записати (5) у вигляді:
(7)
Остання формула дозволяє визначити показник заломлення скла при відомих значеннях , d, H.
Опис установки
На оптичній лаві, на одній оптичній осі розміщується лазер, екран з діафрагмою (Е1), плоско-паралельна пластинка (ПП), лінза (Л) і екран (Е2). Діафрагма в Е1 служить для звуження променя лазера. Пластина ПП закріплена на юстовочному столику, який може повертатись і має лімб для відліку кутів повороту, Екран Е2 розташований на віддалі b від лінзи. В даній роботі використовується лінза з фокусною віддаллю F= 0,11 м (D= 9 діоптрій) і скляна пластина товщиною 0,02 м. На Мал. 3 наведена схема установки.
Мал.3.
Порядок виконання роботи
Розташувати на оптичні лаві всі прилади згідно
Промінь лазера направити в діафрагму екрану Е2 регулюючими гвинтами лазера.
Виставити лінзу на одній оптичній вісі з променем лазера. Для цього зняти разом з рейтером плоско-паралельну пластинку ПП, так, щоб промінь лазера попадав на лінзу. Відрегулювати лінзу так, щоб промінь попадав строго в центр і, відбиваючись від її передньої поверхні, падав назад в отвір діафрагми (цей промінь більш яскравий із відбитих променів).
Ставимо рейтер з пластинкою ПП на оптичну лаву. Пластинку ПП з допомогою гвинтів ставимо так, щоб промінь лазера падав на неї нормально. При нормальному падінні відбитий від пластинки промінь йде в отвір діафрагми.
Відмітити положення лімбу столика 0 і на екрані положення променя лазера H0. Результати занести в таблицю.
Обертаючи гвинт, повернути пластинку на кут , вказаний в п.1 таблиці.
Відмітити на екрані Е2 нове положення променя лазера H1 і обчислити його зміщення на екрані H1=H1 – H0.
Пункти 4, 5, 6, 7 проробити для всіх значень , вказаних в таблиці.
Виміряти відстань b від лінзи до екрана Е2.
По формулі (7) обчислити значення n для кожного .
Знайти середнє значення показника заломлення скла n та обчислити похибку вимірювань.
Таблиця
|
-0 |
sini |
cosi |
H010-3, м |
Hi10-3, м |
Hi10-3, м |
ni |
1. |
0 |
|
|
|
|
|
|
2. |
15 |
0,26 |
0,96 |
|
|
|
|
3. |
20 |
0,34 |
0,94 |
|
|
|
|
4. |
30 |
0,50 |
0,87 |
|
|
|
|
5. |
45 |
0,71 |
0,71 |
|
|
|
|
6. |
60 |
0,87 |
0,50 |
|
|
|
|
7. |
70 |
0,94 |
0,34 |
|
|
|
|
КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ.
Сформулюйте закони заломлення світла.
Що називається показником заломлення світла, його зв’язок з характеристиками діелектрика.
Вивести формули (5), (6), (7).
Побудувати хід променів в плоскопаралельних пластинках, середовищах.
Показати зміщення променя в пластинці та знайти його величину.
Лабораторна робота № 2.
Визначення показника заломлення скла з допомогою
мікроскопа.
Прилади і матеріали: вимірювальний мікроскоп з мікрометричним гвинтом, мікрометр, скляна пластинка з штрихами на обох поверхнях.
ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ.
При проходженні світла через плоску межу двох прозорих речовин неоднакової оптичної густини, падаючий промінь розділяється на два промені – відбитий ОВ і заломлений OD.(мал.1.)
Напрям цих променів визначають закони відбивання і заломлення світла:
Промінь падаючий і відбитий лежать в одній площині з нормаллю до поверхні в точці падіння і кут відбивання чисельно дорівнює куту падіння.
Мал.1.
Промінь падаючий і заломлений лежать в одній площині з нормаллю до поверхні в точці падіння і відношення синуса кута падіння і до синуса кута заломлення дорівнює відношенню швидкості світла в першому середовищі v1 до швидкості світла в другому середовищі v2:
(1)
Явище заломлення світла говорить про те, що світло поширюється в різних середовищах з різною швидкістю.
Для двох даних середовищ відношення швидкості світла в середовищі 1 до швидкості світла в середовищі 2 – є величина стала і називається відносним показником заломлення другого середовища відносно першого. ; (2)
Якщо середовище 1 – вакуум, то показник заломлення n даного середовища 2 по відношенню до вакууму називається абсолютним показником заломлення даного середовища або просто показником (коефіцієнтом) заломлення. Абсолютний показник заломлення середовища
; (3)
де c – швидкість світла в вакуумі; - фазова швидкість в даному середовищі 2.
Показник заломлення залежить від довжини хвилі світла і від властивостей середовища. Абсолютні показники заломлення в області прозорості речовини більші одиниці. Це означає, що швидкість поширення світла в даному середовищі завжди менша, ніж у вакуумі.
Відносний показник заломлення двох середовищ n21 пов‘язаний з абсолютним показником заломлення середовищ n1 і n2 відношенням:
(4)
Для визначення показників заломлення речовини існують різні методи. Одним з них є метод визначення показника заломлення за допомогою мікроскопу. основі методу лежить явище уявного зменшення товщини скляної пластинки внаслідок заломлення світлових променів, які проходять в склі при розгляданні пластинки нормально до її поверхні. Схема проходження променів показана на Мал.2.
Мал.2.
З точки А, яка знаходиться на нижній поверхні скляної пластинки виходять два промені світла 1 і 2. Промінь 2 падає на пластинку нормально до її поверхні і тому не зазнає заломлення. Промінь 1 падає під кутом і заломлюється виходячи з пластинки в точці О по напрямку до точки Д.
При виході із пластинки промінь ОД утворює кут заломлення r – більший, ніж кут падіння. Якщо дивитись на пластинку зверху, то спостерігач буде бачити точку перетину променів ОД і АС не в точці А, а в точці Е, тобто видима товщина пластинки СЕ =а менша дійсної її товщини СА=h.
Для променів, близьких до нормалі, кути падіння і заломлення малі. В цьому випадку синуси кутів можна замінити на тангенси і по закону заломлення світла написати (розглядаючи зворотний хід променів, тобто від Д до А):
(5)
З мал.2 видно, що ;
тоді одержимо:
Значить, показник заломлення скла можна знайти як відношення дійсної товщини пластинки до уявної її товщини.