Материал: Методические указания для выполнения лабараторных работ. Оптика и атомная физика

мм

Таблица 2

Определение фокусного расстояния f собирающей линзы по расстояниям от предмета до его изображения l и между его уменьшенным и увеличенным

мм

6

Таблица 3

Определение фокусного расстояния F рассеивающей линзы по расстояниям от этой линзы до изображения предмета d, даваемого собирающей линзой, и его изображения f, даваемого рассеивающей линзой (см. рис. 1.2). θ d = θ f = 1мм

Разм. мм мм мм

1

…

5

мм мм

23. = m3 − k4

мм

23. = m4 − k4

мм

мм

мм

Указания по проведению эксперимента

23. Включите установку. Положение

m1

окна кожуха лампы, на стекле

которого нанесен предмет в виде наклонной стрелки, занесите в Таблицу 1. 2. Установите экран в положение m2 = 80 см по шкале измерительной

линейки. Перемещая линзу, найдите ее положение k1 , при котором на экране возникнет четкое увеличенное изображение предмета. Значения m2 и k1 за-пишите в табл. 1.

0. Смещая экран в сторону лампы с шагом 4 см, повторите опыт в п. 2 еще 4 раза. Результаты измерений занесите в табл. 1.

1. Рассчитайте по табл. 1 одно из значений фокусного расстояния F₁ .

0. Перейдите ко второму способу определения фокусного расстояния собирающей линзы. Для определения указанным способом фокусного рас-стояния F линзы предмет (стрелку) и экран надо установить на расстоянии, большем 4F, друг от друга.

0. Установите экран в положение m₂ = 80 см по шкале измерительной

линейки и запишите его положение в табл. 2. Передвигая линзу между пред-метом и экраном, определите ее положения k₁ и k₂ , при которых на экране

появляются четкие увеличенное (k₁ )и уменьшенное (k₂ )изображения пред-мета. Результаты измерений занесите в табл. 2.

0. Перемещая экран в сторону лампы с шагом 4 см, повторите опыт в п. 6 еще 4 раза. Результаты измерений занесите в табл. 2.

0. Перейдите к определению фокусного расстояния рассеивающей лин-зы. Для этого между предметом и экраном поставьте собирающую линзу. За-

фиксируйте ее положение k3 и отметьте положение экрана m3 , при котором на нем получается действительное уменьшенное изображение предмета (рис. 1.2). Результаты измерений занесите в табл. 3.

7

0. Между экраном и собирающей линзой поставьте рассеивающую лин-зу, фокусное расстояние которой требуется определить. В результате рассеи-вающего действия линзы изображение удалится. Поэтому экран необходимо от линзы отодвинуть для получения на нем резкого увеличенного изображе-

ния предмета и произвести отсчет положения рассеивающей линзы k4 и но-вого положения экрана m4 . Если положение m4 экрана выходит за пределы скамьи, то повторите п. 8, еще раз сместив собирающую линзу в сторону ис-точника. Окончательные значения k 3 , m3 , k 4 , m4 занесите в табл. 3.

10. Смещая положение k3 собирающей линзы в сторону источника на 4 см, повторите опыт в п. 8, 9 еще 4 раза, занося значения k 3 , m3 , k 4 , m4 в табл. 3.

Указания по обработке эксперимента

0. Заполните табл. 1, 2 и 3. Рассчитайте по ним фокусные расстояния

Fi = Fi Fi ( i = 1, 2, 3) линз выборочным методом для N = 5 и P = 95 % (табл.

4). Для этого в стандартной таблице обработки данных выборочным методом (см. приложение к пособию) создайте 3 строки.

Контрольные вопросы

0. Что называется главной оптической осью линзы, главным фокусом линзы, фокусным расстоянием и оптической силой линзы?

Лабораторная работа 2. Определение длины световой волны с использованием бипризмы

Цель работы: определение длины световой волны интерференционным методом.

Экспериментальная установка состоит из оптической скамьи с мерной линейкой; бипризмы Френеля, закреплённой в держателе; источника света со светофильтром; раздвижной щели; окуляра со шкалой. Взаимное расположе-ние элементов установки соответствует схеме, приведенной на рис. 2.1. Ис-точником света служит лампа накаливания. Светофильтр, расположенный перед лампой, пропускает определенную часть спектра излучения лампы, ко-торую и надлежит изучить.

На оптической скамье, снабженной линейкой с миллиметровой шкалой, помещены укрепленные на держателях вертикальная щель S, бипризма Р и окуляр О. Ширину щели можно изменять с помощью винта, находящегося в верхней части его оправы. Щель и бипризма могут быть повернуты вокруг горизонтальной оси, а бипризма также и вокруг вертикальной оси. Для полу-чения отчетливых интерференционных полос необходимо, чтобы плоскости щели и основания бипризмы были параллельны. Это достигается соответ-ствующим поворотом бипризмы и/или щели. Окуляр О служит для наблюде-ния интерференционной картины. Для измерения расстояния между полоса-ми он снабжен шкалой, цена малого деления которой составляет 0.1 мм.

Общие сведения

Один из способов наблюдения интерференции световых волн основан на использовании бипризмы Френеля. Бипризма Френеля представляет собой две призмы с очень малым преломляющим углом , сложенные основаниями. Схема наблюдения интерференционной картины с помощью бипризмы пока-зана на рис. 2.1. От источника света S (щели) лучи падают на обе половины бипризмы Р, преломляются в ней и за призмой распространяются так, как ес-ли бы исходили из двух мнимых источников S₁ и S₂. Действительно, если смотреть через верхнюю половину бипризмы, то светящаяся щель S будет ка-заться расположенной в точке S₁, а если смотреть через нижнюю половину бипризмы, то расположенной в точке S₂. За призмой имеется область про-странства, в которой световые волны, преломлённые верхней и нижней поло-винами бипризмы, перекрываются (на рис. 2.1 эта область заштрихована).

9

Рис. 2.1. Получение интерференционной картины с использованием бипризмы Френеля

0. этой области пространства сводятся воедино две части каждого цуга волн от источника S, прошедшие разные оптические пути, способные при выпол-

ность хода лучей, l_ког – длина когерентности, λ – средняя длина волны излу-чения, Δλ – интервал длин волн, представленных в данной волне. При этом колебания в точках, удалённых на расстояние большее l_ког вдоль распростра-нения волны, оказываются некогерентными. Для обычных источников в оп-тике длина когерентности составляет 3–30 см.