50082

Визначення показника заломлення скляної плоскопаралельної пластинки інтерференційним методом

Лабораторная работа

Физика

На оптичній лаві послідовно розташовані джерело світла лазер 1 типу ЛГ56 екран 2 в центрі якого розміщено мікрооб’єктив та плоскопаралельна скляна пластинка 3 товщиною d. Відбиваючись від її передньої та задньої граней промені світла накладаються і утворюють на екрані інтерференційну картину у вигляді концентричних кілець  так звані смуги однакового нахилу. В чому полягає суть методу визначення показника заломлення скляної пластинки в даній роботі Що називається явищем інтерференції світла Які хвилі називаються когерентними...

Украинкский

2014-01-15

674 KB

2 чел.


Лабораторна робота № 7

Визначення показника заломлення скляної

ПЛОСКОПАРАЛЕЛЬНОЇ пластинки інтерференційним методом

Мета роботи

Ознайомитись з методом отримання інтерференційних смуг рівного нахилу, визначити показник заломлення скляної плоскопаралельної пластинки

Для виконання лабораторної роботи студенту попередньо необхідно: знати фізичну суть явища інтерференції світла (§2.1.1), вміти описати інтерференційну картину у вигляді смуг однакового нахилу та бути ознайомленим з методом визначення показника заломлення середовища, в основі якого покладено явище інтерференції лазерного випромінювання при падінні світлового променя на плоскопаралельну пластинку (§2.1.3)

Прилади і обладнання

Лазер неперервної дії ( лазер типу ЛГ-56), мікрооб’єктив з екраном, плоскопаралельна пластинка, циркуль

Опис установки

Робота виконується на лабораторній установці, загальний вигляд якої наведено на рис. 1.

На оптичній лаві послідовно розташовані джерело світла  лазер 1 типу ЛГ-56, екран 2 в центрі якого розміщено мікрооб’єктив, та плоскопаралельна скляна пластинка 3 товщиною d. Мікрооб’єктив формує конусоподібний світловий пучок, який падає на пластинку 3. Відбиваючись від її передньої та задньої граней, промені світла накладаються і утворюють на екрані інтерференційну картину у вигляді концентричних кілець так звані смуги однакового нахилу.

Рис. 1

Послідовність виконання роботи

  1.  Увімкнути блок 4 живлення лазера 1 в мережу 220 В і після ~ 5 хв натиснути на ньому кнопку “Випромінювання”. При цьому появиться лазерний промінь. УВАГА! Із–за використання високої напруги в лазері (до 5000 В) слід бути гранично уважним і акуратним при виконанні роботи: така напруга небезпечна для життя.
  2.  На відстані 0,70 0,80 м від вихідного вікна лазера встановити плоскопаралельну пластинку 3.
  3.  Добитися того, щоб відбитий від пластинки промінь попадав у точку його виходу з лазера, тобто, щоб кут падіння променя на пластинку дорівнював нулю.
  4.  На відстані 0,30 – 0,35 м від вихідного вікна лазера встановити мікрооб’єктив з екраном 2 так, щоб оптичний центр мікрооб’єктива співпадав з напрямком поширення променя лазера. При цьому, на екрані повинні спостерігатися концентричні світлі і темні кільця – смуги однакового нахилу (при необхідності провести додаткове юстування оптичної системи).
  5.  За допомогою циркуля визначити радіуси  темних кілець, для яких m=1, 2…, 5.
  6.  Виміряти відстань  від екрана 2 до поверхні пластинки 3.
  7.  Побудувати графік залежності .
  8.  З графіка  для різниці  довільних номерів  інтерференційних кілець визначити різницю квадратів радіусів   (див. рис. 2.5).
  9.  Обчислити  і знайти показник заломлення  скляної пластинки за формулою (2.15) (див. §2.1.3):

,

де – товщина пластинки (значення  вказано на робочому місці), – довжина хвилі випромінювання лазера (для лазера типу ЛГ–56 0,63 мкм).

  1.  Результати вимірювань і обчислень записати в таблицю 1 та 2.
  2.  Розрахувати похибки знаходження показника заломлення  плоскопаралельної пластинки.

Таблиця 1

№ кільця, m

1

2

3

4

5

, м

, м2

Таблиця 2

№ з/п

,

R, м

d, м

1

2

3

сер.

  1.  Проаналізувати отримані результати.

Контрольні запитання

  1.  Дайте визначення, що називається абсолютним і відносним показниками заломлення середовища.
  2.  В чому полягає суть методу визначення показника заломлення скляної пластинки в даній роботі?
  3.  Що називається явищем інтерференції світла? Які хвилі називаються когерентними?
  4.  Чи є суттєва різниця між інтерференцією світла в тонких і товстих плівках? Відповідь обґрунтуйте.
  5.  Як утворюється інтерференційна картина у вигляді смуг однакового нахилу?


2.8. Лабораторна робота № 3

Вивчення явища поляризації світла

Мета роботи

Ознайомитись з явищем поляризації світла, експериментально перевірити закон Малюса і закон Брюстера

Для виконання лабораторної роботи студенту попередньо необхідно: знати фізичну суть явища поляризації світла (§2.3.1), закон Малюса (§2.3.1) і закон Брюстера (§2.3.2)

Прилади і обладнання

Джерело світла, поляризатор, аналізатор, набір скляних пластин, чорне дзеркало, прилад для вимірювання інтенсивності світла

Опис установки

Експериментальна лабораторна установка (рис.1) дозволяє:

  •  отримати лінійно поляризоване світло за допомогою поляризатора;
  •  експериментально перевірити закон Малюса і закон Брюстера;
  •  визначати ступінь поляризації світла.

Рис. 1

1 джерело світла; 2 поляризатор в оправі з шкалою кутів повороту; 3 аналізатор в оправі з шкалою кутів повороту; 4 фотоприймач; 5 набір скляних пластин на поворотному столику;

6 чорне дзеркало на поворотному столику; 7 прилад для  реєстрації інтенсивності світла; 8 блок живлення джерела світла; 9 регулятор інтенсивності світла.

Послідовність виконання роботи

ЗАВДАННЯ 1. Перевірити закон Малюса

Частина 1.

  1.  Скласти оптичну схему у такій послідовності: джерело світла 1, поляризатор 2, фотоприймач 3. УВАГА! При переміщенні оптичних елементів їх слід брати обережно за нижню частину оправи.
  2.  Увімкнути блок живлення 8 джерела світла в мережу 220 В і встановити регулятор інтенсивності світла 9 в середнє положення.
  3.  Домогтися, щоб центральна частина поляризатора 2 була максимально освітлена.
  4.  Обертаючи поляризатор 2 встановити його головну площину у вертикальне положення (головна площина поляризатора вказана на шкалі кутів повороту поляризатора стрілкою ↨Е).
  5.  Під’єднати фотоприймач 4 до приладу 7, призначеного для реєстрації інтенсивності світла. Регулюючи фотоприймач 4 за висотою, домогтися максимальної освітленості його центральної частини.
  6.  Увімкнути прилад 7 в мережу 220 В і встановити його чутливість на діапазон “1”.
  7.  Регулятором 9 домогтися відхилення стрілки міліамперметра на приладі 7 приблизно на 4/5 шкали. Це значення фотоструму  буде відповідати інтенсивності світла , яке пройшло через поляризатор.

Частина 2.

  1.  Скласти оптичну схему в такій послідовності: джерело світла 1, поляризатор 2, аналізатор 3, фотоприймач 4.

Далі:

  1.  Обертаючи аналізатор 3 встановити його головну площину паралельно до головної площини поляризатора 2. Умові =0, згідно закону Малюса  (2.39), відповідає максимальне значення інтенсивності світла (), що проходить через оптичну систему. Отримане при цьому значення фотоструму  записати в таблицю 1.
  2.  Обертаючи далі аналізатор на кут , через кожні 100 від 100 до 3600 записувати значення фотоструму  в таблицю 1.
  3.  Побудувати графік залежності інтенсивності світла , що пройшло через оптичну систему поляризатор–аналізатор, від кута  між головними площинами аналізатора і поляризатора, тобто графік . Вважати, що значення фотоструму  прямо пропорційне інтенсивності світла .
  4.  Вимкнути прилад 7 з мережі 220 В і розмістити поляризатор і аналізатор у вільні рейтери.

Таблиця 1

   № з/п

1

2

3

4

5

6

7

8

9

37

, град

00

100

200

300

400

500

600

700

800

3600

, мА

ЗАВДАННЯ 2. Перевірити закон Брюстера

  1.  Встановити чорне скляне дзеркало 6 в рейтер замість поляризатора 2. УВАГА! Дзеркало брати обережно за нижню частину поворотного столика.
  2.  Повернути дзеркало на столику (не торкаючись руками робочої частини дзеркала) таким чином, щоб падаючий від джерела світла промінь утворював кут 570 з нормаллю до дзеркала. Кут падіння 570 відповідає куту Брюстера для межі розділу середовищ повітря – скло. Напрям нормалі виставити за допомогою міток на поворотному столику.
  3.  Дивлячись на дзеркало в напрямку відбитого променя, побачити зображення джерела світла. За ходом відбитого променя між дзеркалом та оком розмістити аналізатор 3. Тримаючи його в руці за металевий шток, обертати в оправі, домагаючись мінімальної освітленості зображення джерела в дзеркалі. Дослід повторити для кутів падіння 400 та 300. Переконатися, що для кутів падіння, відмінних від кута Брюстера, відбитий промінь є частково поляризованим.
  4.  Визначити площину поляризації відбитого променя, користуючись відомою головною площиною аналізатора (↨Е).
  5.  Поставити чорне дзеркало та аналізатор у вільні рейтери.

ЗАВДАННЯ 3. Визначення ступеня поляризації світла

  1.  Скласти оптичну схему у такій послідовності: джерело світла 1, набір скляних пластин 5, аналізатор 3, фотоприймач 4.
  2.  Увімкнути джерело світла в мережу 220 В (якщо воно було вимкнуте).
  3.  Повернути столик з набором пластин 5 так, щоб падаючий від джерела промінь утворював кут 570 (кут Брюстера) з нормаллю до пластин. Напрям нормалі виставити за допомогою міток на поворотному столику.
  4.  Домогтися, щоб падаючий промінь попадав по центру набору пластин, а прохідний – освітлював центральну частину аналізатора та фотоприймача.
  5.  Під’єднати фотоприймач до приладу 7.
  6.  Увімкнути прилад 7 в мережу 220 В і встановити його чутливість на діапазон “1”.
  7.  Обертаючи аналізатор навколо напрямку поширення світла визначити максимальне () та мінімальне () значення фотоструму , що відповідає відповідно інтенсивності світла  і .
  8.  Розрахувати ступінь поляризації світла, що пройшло через пластини, за формулою

                                                                 .

  1.  Визначити площину поляризації світла, що проходить через пластини, користуючись відомим напрямком головної площини аналізатора (↨Е).
  2.  Дослід повторити для кутів падіння =400, 300, 200, 00 . Результати вимірювань записати в таблицю 2.
  3.  Вимкнути фотоприймач і джерело живлення з мережі 220 В та розмістити набір пластин та аналізатор у вільних рейтерах.
  4.  Проаналізувати отримані результати.

Таблиця 2

№ з/п

1

2

3

4

5

6

, град

00

100

200

300

400

570

Iф max, мA

Iф min, мА

Р, %

Контрольні запитання

  1.  Які хвилі називаються повздовжніми і поперечними?
  2.  В чому полягає явище поляризації світла?
  3.  Що таке природне світло, частково поляризоване світло, лінійно поляризоване світло?
  4.  Що називається площиною поляризації світла (площиною коливань)?
  5.  Чому дорівнює інтенсивність природного світла, яке пройшло через поляризатор?
  6.  Сформулюйте і обґрунтуйте закон Малюса.
  7.  В чому полягає фізичний зміст закону Брюстера?

 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

58630. Наземно-воздушная и почвенная среды жизни 35 KB
  Цель: Сформировать у учащихся представления о наземно-воздушной и почвенной средах жизни; Продолжить развитие мыслительных операций; Воспитывать самостоятельность при работе с учебником.
58631. Вони захищали Батьківщину 116.5 KB
  Обладнання: плакати фрагменти фільму про Велику Вітчизняну війну речові символи війни каска фляга кружка свічкакомп’ютер аудіо та відеокасети на дошці портрети поетів воїнів.
58633. Урок-проект по повести Б. Васильева «В списках не значился» 55.5 KB
  Ход урока На доске записаны или выведены на экран два эпиграфа цитаты из повести В списках не значился: Крепость не пала: она просто истекла кровью. Работа начинается с небольшого вступительного слова учителя который обращает внимание ребят...
58636. Евристика 189.5 KB
  Евристичне мислення Евристичні прийоми й методи евристічна властивість. Наука що вивчає продуктивне та творче мислення евристичну діяльність. Евристичні методи активізації творчого мислення Потреба в ефективних прийомах та методах активізації творчого мислення виникла дуже давно.
58638. В. Сухомлинський «Кінь утік» 64.5 KB
  Мета навчальна: розкрити тему ідею проблематику твору його джерела багатоплановість художнього змісту; розвиваюча: розвивати в учнів творчу уяву навички аналізу твору вміння визначати його підтекст образи символи...