Изучение дисперсии света

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Уральский государственный технический университет – УПИ»
Нижнетагильский технологический институт (филиал) УГТУ-УПИ
ОПТИКА
Методические указания к выполнению лабораторных работ
Н. Тагил
2007
ОГЛАВЛЕНИЕ
Правила техники безопасности.............................................................................. 3
Правила проведения эксперимента......................................................................... 3
Литература ............................................................................................................... 3
Работа 22а. Изучение дисперсии света ............................................................... 4
Работа 26а. Определение радиуса кривизны линзы с помощью явления
интерференции ………………………………………………………………… 7
Работа 25а. Изучение явлений, обусловленных дифракцией .......................... 12
Работа 27а. Изучение поляризации света......................................................... 19
Работа 21а. Исследование характеристик вакуумного фотоэлемента............. 27
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. ГРАФИЧЕСКОЕ
РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЯ
ПРЕДСТАВЛЕНИЕ И ОБРАБОТКА
1.1. Построение графиков ...................................................................... 33
1.2. Графический анализ опытных данных ........................................... 34
1.2.1. Сравнение с теорией. Функциональные шкалы .............................. 34
1.2.2. Определение параметров линейной зависимости ........................... 34
Приближённый метод.............................................................................................. 35
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. СТАТИСТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ
ИЗМЕРЕНИЙ.
2.1.
2.2.
Прямые измерения........................................................................... 37
Косвенные измерения....................................................................... 39
ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ
1. К самостоятельному выполнению лабораторных работ студент может
приступить после прохождения инструктажа по проведению лабораторных
работ и усвоения безопасных методов их выполнения (о чем студент
расписывается в журнале по технике безопасности).
2. Перед выполнением работы необходимо тщательно изучить описание
лабораторной работы.
3. Работы следует выполнять на исправных установках и приборах.
4. Измерительные приборы и инструмент разрешается использовать только
по их прямому назначению.
5. Включать приборы и лабораторные установки можно только с разрешения преподавателя.
6. Не допускать прямого попадания светового луча в глаза, особенно при
использовании ртутной лампы.
ПРАВИЛА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА
1. Данные измерений и расчетов следует записывать чётко и кратко в
заранее приготовленные таблицы.
2. Точность измерений и расчетов должна соответствовать цели опыта.
3. В каждом опыте нужно устранять возможные систематические
погрешности, оценивать случайные погрешности и точность результата
измерений.
4. Результаты каждого эксперимента необходимо проанализировать и
сделать выводы.
ЛИТЕРАТУРА
При подготовке к выполнению лабораторных работ полезно иметь
следующие учебные пособия.
1. Савельев И.В. Курс общей физики. – М.: Наука, 1988.–Т.2,3.
2. Детлаф А.А., Яворский Б.М, Курс физики. – М: Высшая школа, 1989.–
608 с.
3. Трофимова Т.И. Курс физики. – М.: Высшая школа, 2003.–542 с.
Работа №22а
ИЗУЧЕНИЕ ДИСПЕРСИИ СВЕТА
Цель: исследовать зависимость оптической силы линзы и коэффициента
преломления стекла от длины волны исследуемого света.
Оборудование: источник света, набор светофильтров, исследуемая линза, экран,
слайд, линейка.
Введение
Дисперсия света — зависимость показателя преломления света в
веществе от длины волны света. Следствие дисперсии света - разложение в
спектр пучка белого света при прохождении его сквозь призму и один из
серьезных недостатков оптических систем – хроматизм положения
изображения (рис. 1).
фиол
красн
красн
фиол
Рис. 1
Это значит, что нехроматический пучок имеет совокупность фокусов,
расположенных вдоль оптической оси. Или, другими словами, линза дает
ряд четких изображений предмета, расположенных на разных расстояниях от
линзы, если изображения предмета получают в нехроматическом свете.
Оптическая сила тонкой линзы связана с показателем преломления n
материала, из которого изготовлена линза, и радиусами кривизны R1 и R2
поверхностей линзы (рис. 2).
 1
1 
 (1)
D = ( n − 1) +
R
R
 1
2 
Рис. 2
Таким образом, определяя экспериментально оптическую силу линзы для
различных частей оптического спектра, можно исследовать зависимость от
показателя преломления длины волн (дисперсию света).
Оптическую силу линзы достаточно просто рассчитать по положению
изображения Н, получаемого с помощью линзы (рис. 3) от предмета h.
H
d
f
Описание установки
Оптическая система установки изображена на рис. 4
Рис. 4
ОС – оптическая скамья с нанесенной на ней шкалой,
БС – источник белого света,
Ф – обойма с набором светофильтров,
П – предмет,
Л – исследуемая линза,
Э – экран.
Если на оптической скамье расположить на определенном расстоянии Л
(больше F) от линзы предмет, то, перемещая экран вдоль скамьи, можно
получить его четкое изображение.
Порядок выполнения работы
1. Установите исследуемую линзу на оптическую скамью и закрепите ее
(рекомендуем устанавливать большой масштаб изображения: f ∼ 3 — 4 d).
В таблицу записать значения радиусов кривизны поверхностей линзы и
длин волн, пропускаемых светофильтрами.
Таблица
R1= м ; R2= м ; d= м
λ
λк = нм
λз = нм
λс = нм
№
1
2
3
1
2
3
1
2
3
f
D
Dср
n
2. Установите в рабочее положение один из светофильтров (например,
красный). Перемещая экран вдоль оптической скамьи, подберите такое его
положение, при котором получается самое четкое изображение предмета.
Примечание: особенно уделите внимание тому, чтобы плоскость экрана и
предмета были перпендикулярны оптической оси линзы.
3. Зафиксируйте их положение и измерьте расстояния d и fi (см. рис. 3) с
возможно большей точностью. Результаты запишите в таблицу.
4. Не меняя положение предмета и линзы (перемещается только экран),
получите четкое изображение предмета с зеленым и синим светофильтрами.
Для каждого фильтра измерьте расстояния fi и запишите его в таблицу.
5. Не меняя положения предмета и линзы, проведите еще дважды измерения (пункт 3) с каждым из фильтров, имеющихся в наборе, и занесите
результаты измерения расстояния fi от линзы до экрана в таблицу.
6. Для каждого светофильтра рассчитайте оптическую силу линзы
1 1
D = + , найдите его среднее значение D (расчеты выполняйте с точностью
d f
до третьего знака после запятой). Сделайте вывод.
7. Рассчитайте по формуле 1 показатель преломления стекла n для каждого
фильтра, постройте график зависимости показателя преломления от длины
волны. Сделайте вывод.