Методические указания по проведению лабораторных работ по курсу «Физика» (для студентов и преподавателей) (стр. 12 из 13)
∆=nλ (1),
Где ∆ - оптическая разность хода волн; λ- длина световой волны; n-номер максимума. Центральный максимум называют нулевым; для него ∆=0. Слева и справа от него располагаются максимумы высших порядков. Условие возникновения максимума (1) можно записать иначе:
 |
nλ= dsin
(2)Здесь (см. рис.1) d-период дифракционной решётки;
- угол, под которым виден световой максимум (угол дифракции). Так как углы дифракции, как правило, малы, то для них можно принять sin = tg 
, a tg = a/b (рис. 1). Поэтомуn λ = d a / b (3)
λ = d a / n b (4)
В данной работе эту формулу используют для вычисления длины световой волны.
Часть 2
Анализ формулы показывает, что положение световых максимумов зависит от длины волны монохроматического света: чем больше длина волны, тем дальше максимум от нулевого. Белый свет по составу - сложный.. Нулевой максимум для него белая полоса, а максимумы высших порядков представляют собой набор семи цветных полос, совокупность которых называют спектром соответственно 1,2... порядка (см. рис. 2).
Получить дифракционный спектр можно, используя прибор для определения длины световой волны (рис.3). Прибор состоит из бруска 1 со шкалой 2 (по ней определяется расстояние Ь). Вдоль бруска в боковых пазах его может перемещаться ползунок 3 с экраном 4 (по нему определяется расстояние а). К концу бруска прикреплена рамка 5, в которую вставляют дифракционную решетку.
Порядок выполнения работы
1.Направить щель экрана на окно (люминесцентную лампу).
2.Смотря через дифракционную решетку на экран, направить прибор на источник света.
3.Перемещением экрана со шкалой по продольной линейке добиться четкого изображения на экране спектров 1 и 2 -го порядка (Наилучшее расстояние b для получения точных результатов для данного прибора в пределах 10-20 см).
4.Определить расстояние от нулевого деления шкалы экрана до середины полоски нужного цвета (расстояние а). (Рис 4)
5.Измерить расстояние от решетки до экрана (b). (Рис 4)
6.Опыт повторить 3 раза со спектрами 1 и 2-го порядка (по индивидуальному заданию преподавателя).
7.По формуле (4) вычислить λ.
8. Выбрав табличное волны (см. Таблицу 1), во всех 3 опытах рассчитать абсолютную погрешность измерений по формуле: ∆ λ= | - λ| (4)
Таблица 1
| Цвет | Границы, нм | Цвет | Границы, нм |
| Фиолетовый | 380-450 | Желто-зеленый | 550-575 |
| Синий | 450-480 | Желтый | 575-585 |
| Голубой | 480-510 | Оранжевый | 585-620 |
| Зеленый | 510-550 | Красный | 620-760 |
9. Определить относительную погрешность измерений:
λ = ∆ λ* 100% /10. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 2.
Таблица 2
| № | d(м) | N | а (м) | b (м) | λ (м) |  λ (%) | Цвет |
| 1 |  | ||||||
| 2' |  | ||||||
| 3 |  |
Контрольные вопросы
Вариант 1
1.Почему нулевой максимум дифракционного спектра белого света - белая полоса, а максимумы высших порядков - набор цветных полос?
2.Какова природа световых волн и звуковых волн?
3.Имеем графическое изображение красной, фиолетовой и желтой световой волны
(см. рис.5). Какой график, какой волне принадлежит ?
Вариант 2
1.Какой вид имеет интерференционная картина в случае монохроматического света?
2.Частота 7,5 * 1014 Гц. Какому цвету соответствует эта частота?
3.Почему стоя за колонной в театре, мы слышим певца, но не видим его?
Рекомендуемая литература
1. Кикин Д.Г., Самойленко П.И. Физика (с основами астрономии) – М.: Высшая школа, 1995. (Стр.232-237)
2. Омельченко В.П., Антоненко Г.В. Физика.- Р., 2005. (Стр. 270-271)
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №18
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ СТЕКЛА
Цель работы: научиться на практике рассчитывать показатель преломления стекла.
Оборудование
1. Стеклянная пластинка с двумя параллельными гранями.
2. Транспортир.
3. Линейка.
4. Два цветных карандаша.
5. Таблица синусов.
Теория
Изменение скорости и направления распространения света на границе раздела двух прозрачных сред различной оптической плотности называют преломлением света. При этом свет меняет свое направление. Преломление света подчиняется следующим законам'.
Отношение синуса угла падения α к синусу угла преломления β есть величина постоянная для двух данных сред и называется относительным показателем преломления второй среды относительно первой:
n = sin α / sin β (1)
Луч падающий и луч преломленный, а также перпендикуляр, проведенный через точку падения луча к границе двух сред, лежат в одной плоскости.
Порядок выполнения работы
1. На листе тетради провести две параллельные линии разного цвета на расстоянии 0,5-1,5 см друг от друга.
2. Положить на эти линии плоскопараллельную пластинку так, чтобы линии входили в одну из параллельных граней.
3. Поворачивать пластинку так, чтобы начало одной цветной линии совпало с продолжением линии другого цвета.
4. Обвести параллельные грани пластинки, это и будет граница раздела двух сред (см. рисунок1).
5. Снять пластинку с листа бумаги, прочертить ход преломленного луча в пластинке.
6. Провести перпендикуляр к границе раздела двух сред «воздух-стекло» через точку падения светового луча (к одной из параллельных граней).
7. Отметить и измерить транспортиром угол падения светового луча.
8. Отметить и измерить транспортиром угол преломления светового луча.
9. По формуле (1) вычислить показатель преломления стекла.
10. Всего проделать 3 таких опыта, меняя расстояния между двумя разноцветными линиями.
11. Рассчитать абсолютную погрешность вычислений для каждого опыта
Δn= | n табл-n| , где для стекла n табл = 1,5
12. Рассчитать относительную погрешность вычислений для каждого опыта.
δn= Δn .100% /nтабл
13. Результаты измерений и вычислений записать в отчет по лабораторной работе.
Контрольные вопросы
Вариант 1
1. Чем отличается относительный показатель преломления от абсолютного показа
теля?
2. На чем основано явление рефракции в атмосфере7
3. Почему, сидя у костра, мы видим предметы по другую сторону костра колеблю
щимися?
4. Показатель преломления алмаза 2,4. Чему равна скорость света в алмазе?
5. Почему изменяется направление луча света при его переходе из одной прозрачной
среды в другую?
Вариант 2
1. В чем сущность явления преломления света и какова причина этого явления?
2. В каких случаях свет на границе раздела двух прозрачных сред не преломляется?
3. Покажите на чертеже ход луча и стекла в воду?
4. Что можно сказать о длине и частоте светового луча при переходе его из воздуха в алмаз?
5. Показатель преломления воды 1,33. Чему равна скорость света в воде?
Рекомендуемая литература
1. Кикин Д.Г., Самойленко П.И. Физика(с основами астрономии) – М.: Высшая школа, 1995. (Стр.222-225)
2.Омельченко В.П., Антоненко Г.В. Физика.- Р., 2005. (Стр. 261-262)
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 19
НАБЛЮДЕНИЕ СПЕКТРОВ ИСПУСКАНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ВЕЩЕСТВ
С ПОМОЩЬЮ СПЕКТРОСКОПА
Цель работы: научиться наблюдать спектры испускания веществ.
Оборудование
1. Спектроскоп.
2. Люминесцентная лампа.
3. Спектральные трубки.
4. Источник тока.
5. Цветные карандаши.
Теория
Если узкий пучок света направить на трехгранную стеклянную призму, а на пути прошедших через призму лучей поместить экран, то на экране можно видеть цветную полоску радуги - спектр. Спектром называют совокупность монохроматических цветов, расположенных в определенном порядке. Причина наблюдаемого явления состоит в том, что лучи света в вакууме имеют одинаковую скорость "с", а в другой среде их скорость неодинакова и зависит от частоты колебаний. Так как коэффициент преломления n=c/v зависит от скорости-распространения световых волн, то лучи разных частот преломляются по-разному. Наблюдать спектр можно с помощью спектроскопа, В зависимости от природы источника света получают сплошной спектр и спектр поглощения. Сплошной спектр дают светящиеся твердые и жидкие тела, а также плотный газ. Линейчатый спектр дают светящиеся пары и газы. Спектр поглощения образуется при прохождении светового потока через газовую среду.