Летающий спутник

Летающий спутник

Заработок для студента

Заработок для студента

 Заказать диплом

Заказать диплом

 Cкачать контрольную

Cкачать контрольную

 Курсовые работы

Курсовые работы

Репетиторы онлайн по любым предметам

Репетиторы онлайн по любым предметам

Выполнение дипломных, курсовых, контрольных работ

Выполнение дипломных, курсовых, контрольных работ

Магазин студенческих работ

Магазин студенческих работ

Диссертации на заказ

Диссертации на заказ

Заказать курсовую работу или скачать?

Заказать курсовую работу или скачать?

Эссе на заказ

Эссе на заказ

Банк рефератов и курсовых

Банк рефератов и курсовых

Лабораторные работы по физике Исследование упругих и тепловых свойств воздуха. Изучение явления электропроводности Электромагнитные волны Интерференция Явление дифракции Ядерная модель атома Атомное ядро.

Лабораторные работы по физике

Лабораторная работа № 5-4

Изучение интерференционных полос равного наклона с помощью газового лазера

Цель работы: ознакомление с явлением интерференции на примере полос равного наклона и определение показателя преломления стекла.

Оборудование: газовый лазер, микроскопический объектив, экран с круглым отверстием, плоскопараллельная стеклянная пластина.

Введение

При падении расходящегося пучка монохроматического света на плоскопараллельную прозрачную пластину будут наблюдаться так называемые полосы равного наклона, представляющие собой интерференционные максимумы и минимумы. Они имеют вид концентрических светлых и темных колец, толщина которых уменьшается от центра и периферии. Согласно теории интерференции в параллельных пластинах темные кольца удовлетворяют условию (рис. 1).

2hncosβm = mλ, (1)

где h – толщина пластины, n – показатель преломления пластины, βm – угол преломления, λ – длина падающей световой волны, m = 0, 1, 2, ... (порядок интерференции), S – источник света.

При малых углах падения αm, и преломления βm можно положить

cosβm ≈ 1 – β2m/2; (2)

n = sin αm/sinβm ≈ αm/βm; (3)

αm ≈ tg αm = rm/(2l). (4)

где rm – радиус m-го темного кольца, l – расстояние от плоскости экрана до поверхности пластины. С учетом (2) – (4) из (1) легко установить

r2m/l 2 = 8n2 – 4nλm/h. (5)

Из этой формулы видно, что величина r2m/l 2 линейно зависит от порядка, интерференции m (рис. 2). Очевидно, что r2m/l2=0 при 4nλm/h = 8n2. Отсюда можно определить максимальный порядок интерференции

mmax = 2nh/λ. (6)

При уменьшении порядка интерференции радиус кольца увеличивается, а при m = 0 имеет место r0 = nl = rmax.

Порядок интерференции m совпадает с порядковым номером интерференционного кольца. Но определить порядковый номер кольца практически невозможно (см. работу № 5-3): большие кольца с малыми порядковыми номерами настолько близко располагаются друг к другу, что их трудно различить и нет возможности фиксировать начало отсчета. Это, в свою очередь, делает невозможным определить показатель преломления пластины с помощью формулы (5), измеряя величины h, l и rm.

Чтобы обойти эту трудность, необходимо измерить еще одно интерференционное кольцо, отстоящее от первого, например на N порядков. Тогда

r2m – N /l2 = 8n2 – 4nλ(m – N)/h. (7)

Вычитая соотношение (7) из соотношения (5), получим

 (r2m – N – r2m) / l2 = 4nλN/h.

Отсюда 

n = h(r2m – N – r2m) /4λl2N. (8)

Полученная формула дает возможность вычислить показатель преломления пластины, не зная порядкового номера измеряемых интерференционных колец.


Работа проводится на установке, принципиальная схема которой показана на рис. 3. Здесь 1 – газовый лазер, 2 – микроскопический объектив, 3 – экран с круглым отверстием, 4 – плоскопараллельная стеклянная пластина. Рейтеры, на которых стоят все принадлежности, позволяют осуществлять необходимую юстировку всей оптической системы. Длина волны лазерного излучения λ = 632,8 нм, толщина стеклянной пластины h = 20,0 мм. 

Порядок выполнения работы

Ознакомившись с элементами и работой всех узлов установки, включить лазер (включение лазера осуществляется только преподавателем или лаборантом).

Обращаем внимание на то, что попадание в глаза прямого лазерного пучка ОПАСНО для зрения. При работе с лазером его свет можно наблюдать только после отражения от рассеивающих поверхностей.

Вывести из хода луча объектив 2 и экран 3 (см. рис. 3). Ориентируют пластину 4 перпендикулярно к направлению пучка света так, чтобы отраженный от нее пучок падал в центр выходного отверстия лазера. Затем вводят в ход пучка и тщательно центрируют микроскопический объектив с круглым отверстием экрана. На экране при этом должна появиться система концентрических светлых и темных колец.

Задание 1. Определение показателя преломления плоскопараллельной стеклянной пластинки.

1. Пронумеровать темные кольца, радиусы которых подлежат измерению. Целесообразно нумеровать их, начиная с кольца с минимальным радиусом, которому можно присвоить, например номер m. Приписывают пяти последующим кольцам номера m, m – 1, m – 2, ..., m – 5.

2. Измерить шесть выделенных колец m, m – 1, m – 2, ..., m – 5 с помощью линейки в двух взаимно перпендикулярных направ­лениях (для каждого кольца – два значения радиуса).

3. Найти среднее значение радиуса каждого темного кольца rm – N и его квадрат r2m – N.

4. Построить график зависимости r2m – n от номера кольца m – N. Линия, проводимая по полученным экспериментальным точкам, должна быть прямой. Масштабы по обеим осям координат следует выбрать так, чтобы получившаяся прямая составляла приблизительно угол в 45° с осями координат (так обычно делают при графическом изображении функциональных зависимостей).

5. Из наклона прямой вычислить отношение (r2m – n – r2m)/N.

6. Измерить расстояние l от плоскости экрана 3 до поверхности пластины 4 (см. рис. 3).

7. Вычислить по формуле (8) показатель преломления n и определить погрешность.

Задание 2. Определение максимального порядка интерференции.

Вычислить mmax по формуле (6). Для mmax может получиться не целое число, т.е. в центре интерференционной картины, где rm = 0, не обязательно будет темное пятно.

Контрольные вопросы

1. Что представляют собой полосы равного наклона?

2. Что такое порядок интерференции?

3. Почему наблюдаемая в данной работе интерференционная картина имеет вид концентрических окружностей?

4. Почему интерференционные кольца в периферии располагаются гуще, чем в центральной области?

5. Какие условия необходимы для интерференции света?

Список рекомендуемой литературы

Савельев И.В. Курс общей физики: В 3 т. Т. 2. – М.: Наука, 1978. – 480 с.

Ландсберг Г.С. Оптика. – М.: Наука, 1976. – 928 с.


Лабораторные работы по физике, лекции и конспекты