Здавалка
Главная | Обратная связь

Визначення кривизни поверхні лінзи



МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ

УНІВЕРСИТЕТ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

До лабораторних робіт з фізики

(розділи «ОПТИКА», «АТОМНА ФІЗИКА»,

«ФІЗИКА ТВЕРДОГО ТІЛА»)

Частина 3

Харків 2011

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ,

МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

 

ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ

УНІВЕРСИТЕТ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ

 

 

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

 

до лабораторних робіт з фізики

(розділи «ОПТИКА», «АТОМНА ФІЗИКА»,

«ФІЗИКА ТВЕРДОГО ТІЛА»)

 

для студентів усіх спеціальностей і форм навчання

 

Частина 3

 

ЗАТВЕРДЖЕНО

кафедрою фізики.

Протокол №2 від 27.09.2010

 

 

Харків 2011

Методичні вказівки до лабораторних робіт з фізики (розділи «Оптика, «Атомна фізика», «Фізика твердого тіла») для студентів усіх спеціальностей і форм навчання / Упоряд.: В.О. Стороженко, В.В. Калінін, С.М. Мєшков,
С.Б. Малик – Харків: ХНУРЕ, 2011. – 56 с.

 

Упорядники: В.О. Стороженко,

В.В. Калінін,

С.М. Мєшков,

С.Б. Малик

Рецензент О.В. Лазоренко, д-р фіз.-мат. наук, професор кафедри фізики

 
 

ЗМІСТ


Загальні положення............................................................................... 4

1 Визначення кривини поверхні лінзи за допомогою кілець Ньютона 5

2 Дослідження дифракції світла від щілини у досліді Фраунгофера.. 10

3 Визначення параметрів дифракційної решітки за інтерференційною

картиною у досліді Юнга.................................................................. 15

4 Дослідження теплового випромінювання нагрітих тіл..................... 22

5 Дослідження зовнішнього фотоефекту.............................................. 27

6 Визначення потенціалів збудження та іонізації атомів методом

Франка і Герца.................................................................................... 32

7 Дослідження атомного спектра.......................................................... 40

8 Дослідження оптичного квантового генератора (лазера)................. 45

9 Дослідження температурної залежності електропровідності

твердих тіл та визначення енергії активації напівпровідника........... 51

Перелік посилань................................................................................... 56

 

 


ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ

Дане видання містить методичні вказівки до виконання робіт фізичного практикуму, створеного на кафедрі фізики університету. Воно призначене для студентів, які виконують лабораторні роботи з оптики, атомної физики та фізики твердого тіла (третя частина курсу фізики).

Мета лабораторного практикуму:

- наочне підтвердження фізичних законів;

- набуття елементарних навичок наукового дослідження;

- ознайомлення студентів із сучасною вимірювальною апаратурою;

- освоєння студентами методів обробки й оцінки достовірності експериментальних результатів;

- забезпечення зв’язку практикуму з лекційним курсом і практичними заняттями з фізики.

Виконання лабораторного завдання складається з попередньої підготовки, проведення лабораторного експерименту та складання звіту про результати роботи.

Лабораторні роботи виконуються відповідно до семестрового графіка, який знаходиться на стенді в лабораторії, тому кожен студент має можливість підготуватися до них заздалегідь.

Підготовка до роботи має проводитися у такій послідовності. Насамперед, потрібно ознайомитися з описом роботи і вивчити її теоретичний вступ, звернувши особливу увагу на виведення розрахункових формул. Для більш повного з’ясування деяких питань теорії слід звернутися до рекомендованої літератури, а також до конспекту лекцій.

Готовність кожного студента до виконання роботи перевіряється викладачем перед початком роботи опитуванням (письмово чи усно).

Під час роботи в лабораторії мають точно виконуватися правила внутріш­нього розпорядку та техніки безпеки. Після отримання дозволу від викладача студенти проводять вимірювання і заносять їх до таблиць у лабораторному жур­налі. Потім на основі експериментальних даних виконують відповідні розрахунки.

Звіт за кожну лабораторну роботу оформлюється у відповідності з ДСТУ 3008-95 і має містити назву та мету роботи, схему (рисунок) лаборатор­ної установки, результати вимірювань (у вигляді таблиць), робочу формулу та результати розрахунків у вигляді графіків (або таблиць), висновки з результатів, отриманих у роботі. Зразок оформлення звіту міститься на спеціальному сте­нді в лабораторії та наведений у Додатку. Студенти, що оформили звіти не за зразком, до захисту циклу лабораторних робіт не допускаються.


Визначення кривизни поверхні лінзи

за допомогою кілець Ньютона

1.1 Мета роботи

 

Застосувати на практиці знання законів інтерференції світла. Визначити кривизну поверхні лінзи за допомогою кілець Ньютона.

1.2Вказівки з організації самостійної роботи студентів

Під час підготовки до виконання лабораторної роботи самостійно опрацювати теорію [1, с. 307-308; 2, с. 281-285].

У роботі використовується методика визначення радіуса R кривизни сферичної поверхні плоско-випуклої лінзи 1 (рис. 1.1) на підставі інтерференційної у вигляді концентричних світлих і темних кілець, які виникають при накладанні когерентних хвиль, відбитих від двох поверхонь повітряного зазору II між випуклою поверхнею лінзи I і плоскою поверхнею полірованої скляної пластини III.

Рисунок 1.1 – Схема досліду

Паралельний пучок світла падає нормально на плоску поверхню лінзи (I) і частково відбивається від верхньої та нижньої поверхонь повітряного зазору (II) між лінзою та пластиною (III). При накладанні відбитих променів виникають смуги рівної товщини, які при нормальному падінні світла мають вигляд концентричних окружностей.

 

Особливості кільцевої інтерференційної картини обумовлені такими факторами:

1. В точці А на рис. 1.1 перебачається абсолютно повне прилягання лінзи до пластини, а отже, відсутність межі розподілу середовищ і відбитих світлових хвиль (темна пляма у центрі).

2. Повітряний зазор має форму кільця, а його перетин – форму клина товщини d, яка змінюється.

3. Різниця ходу D хвиль формується не тільки за рахунок двократного проходження однієї з хвиль повітряного зазору, а також і за рахунок різних умов відбиття від межі розподілу середовищ I – II(лінза – повітря) і II – III(повітря – пластина). Це обумовлено втратою півхвилі l/2 при відбитті від межі розподілу із середовищем II,яке має більшу оптичну густину.

. (1.1)

Для отримання розрахункової формули розглядатимемо тільки світлі кільця, які відповідають умовам інтерференційних максимумів і для яких різниця ходу дорівнює парній кількості півхвиль.

, (1.2)

 

де k=0,1,2,3,….

Із порівняння формул (1.1) і (1.2) отримаємо:

 

. (1.3)

 

Для прямокутного трикутника DАВСможна записати:

 

.

 

Оскільки dk є дуже малим, то значенням можна знехтувати й отримати:

 

або

.

 

Для виведення розрахункової формули зручно порівнювати кільця з номерами «k», «m» так:

 

.

Звідки отримуємо формулу для розрахунку радіуса кривизни сферичної поверхні лінзи:

 

. (1.4)

Рекомендація. Для більшої точності розрахунків слід дотримуватися таких умов: 1) m>3;2) k/m>1,5.

1.3 Опис лабораторної установки

Лабораторна установка складається з мікроскопу, до якого входять освітлювач із світлофільтром, тест-об’єкта (лінза і плоскопаралельна пластина в металевій оправі) та лінійки для визначення ціни поділки мікроскопу. Хода променів і картина кілець Ньтона, які спостерігаються у мікроскопі, показані на рис.1.2.

Картина кілець Ньютона, яка спостерігаеться в мікроскопі

 

Рисунок 1.2 – Схема лабораторної установки

1.4 Порядок виконання роботи і методичні вказівки з її виконання

Всі операції з налагоджування оптичної системи виконуються викладачем.

1. Увімкнути освітлювальну систему мікроскопу. Для зеленого світлофільтра довжина хвилі монохроматичного .

2. Обертом ручки револьверної системи мікроскопа вибрати об’єктив, який дає найбільше збільшення.

3. Визначити ціну найменшої поділки вимірювальної шкали мікроскопа. Для цього слід покласти лінійку з поділками на предметний стільчик мікроскопа і обертами ручки точного настроювання навести на різкість. Визначити кількість поділок шкали мікроскопу, які укладаються в 1 мм лінійки.

4. Установити тест-об’єкт. Добитися чіткого зображення кілець шляхом пересування тубуса мікроскопа ручкою точного настроювання. Пересуванням тест-об’єкта по стільчику мікроскопа добитися суміщення перехрестя координатних осей з центром системи кілець Ньютона. За поділками на вимірювальній шкалі мікроскопа визначити розміри 10 – 12 кілець Ньютона.Зробити розрахунки за формулою (1.4). Результати вимірювань і розрахунків занести до таблиці.

Таблиця 1.1 – Експериментальні результати

Номер кільця, k,m Діаметр кільця, поділок Радіус кільця rk,m Радіус лінзи R, м < R >, м
. ..

Оцінити похибку експерименту.

1.5 Зміст звіту

Звіт має містити: мету роботи, схему лабораторної установки, результати вимірювань 10-12 радіусів кілець (rk,m); розрахунки 10 радіусів кривини лінзи(R),середнє значення < R >, оцінку похибки експерименту і висновки.

1.6 Контрольні запитання і завдання

1. Чому інтерференційна картина в експерименті складається із світлих і темних кілець?

2. Вивести формулу . Радіуси яких кілець слід виміряти, щоб похибка була найменшою?

3. В чому полягають умови максимумів і мінімумів світла при інтерференції когерентних променів?

4. Що можна спостерігати в центрі, якщо дослід проводити у світлі, що проходить?

5. Де більша гущина розташування інтерференційних кілець у центріабо на периферії? Чому?

6. Чому радіус кривизни R лінзи L має бути невеликим?







©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.