Лабораторные работы по курсу общей физики (2-я Редакция 2012 г.)
Подождите немного. Документ загружается.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 5 10 15 20 25 30
tg=2.6*10
-6
0
=13.95*10
-7
Вывод: В этой работе мы провели экперименты, увидели, что B
обратно пропорционально R и нашли значение
0
Лабораторная работа № 64.
Экспериментальное изучение законов теплового излучения.
Цель работы:
Изучить основные законы теплового излучения.
Теоретическая часть:
Тепловое излучение является по своей сути электромагнитным и
возникает в результате изменения энергетического состояния атомов
и ионов входящих в состав излучения.
Основной особеностью теплового излучения является его
равновесный характер, т.к. источником внутренней энергии тела
является ее постоянство, постоянство температуры можно поддержать
двумя способами
1. За счет поглощением излучения тела.
2. В результате непосредственной передачи энергии телу при
механическом контакте с более нагретым телом.
Абсолютно черным телом называется тело поглощающие все
падающие на него излучения любой длин волн. Соответственно при
данной температуре АЧТ излучает максимальное количество
энергии. В природе таких источников не сеществует.
Выдвинутая в начале ХХ века Плоанком гипотеза квантовая
энергия электромагнитных волнпозволила ему открыть закон
распределение спектральной плотности излучения АЧТ.
R =
hc
5
2
1
exp hc - 1
kT
,T
Приведем графики изотерм спектральной плотности излучения
АЧТ в диапозоне температур от 500 до 900 К.
2
4
6
8
10
500 K
700 K
900 K
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
500 K
600 K
700 K
800 K
900 K
ìêì
R
,T
Энергетическая светимость реальных тел Rt' всегда меньше энер-
гетической светимости абсолютно черного тела Rt при той же
температуре. Отношение Е=Rt'/Rt называется коэфициентом
излучения тела (или степенью черноты). Е зависит от вида материала
обработки поверхности и может изментся с изменением длины волны
излучения волны и температуры.
Выполнение работы:
N
1
2
3
4
5
6
7
8
max
Tэксп
U/T
4
2.08
2.51
3.21
3.9
4.59
6.21
8.4
~4.7
U1
0.58
0.96
1.24
1.48
1.38
0.8
0.23
1.21
3.9
743
4.85
U2
0.46
0.73
1
1.06
1.1
0.9
0.36
1
4.59
631
6.93
U3
0.8
1.4
1.66
1.41
1.02
0.53
0.17
0.9
3.21
902
2.53
U/T
4
ср=4.76
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Вывод: В данной работе мы изучили законы теплового излучения,
проверили закон смещения Вина, на основе которого с высокой
точностью вычислили температуру и проверили закон Стефана-
Больцмана. Вычисление значения постоянной Стефана-Больцмана
получилось достаточно приближенным вследствии того, что мы
имели дело с реальным, а не абсолютно черным телом, а также из-за
погрешности измерения энергии.
Лабораторная работа № 65.
Определение длины волны с помощью дифракционной решетки.
Цель работы:
1. Ознакомление с явлением дифракции света, теории и
устройством диффракционной решетки.
2. Ознакомление с методикой получения спектров с помощью
дифракционной решетки.
3. Экспериментальное определение длин волн в спектре ис-
пускания.
Теоретическая часть:
Под дифракцией света понимается всякое отклонение от
прямолинейного распространения света, если оно может быть
истолковано как результат отображения, преломления если
изгибание световых лучей в средах меняется с показателем
преломления.
Дифракция Френеля наблюдается в непараллельных лучах света (в
частном случае фронт световой волны может иметь сферическую
форму). В этом случае вторичные волны от различных участков
источника света (не точечного) могут приходить в точку наблюдения
с различными фазами, что приводит к образованию зон Френеля.
Диффракция Фраунгофера наблюдается в паралельных лучах,
когда фронт волны плоский и вторичные волны приходят в точку
наблюдения в фазе.
Дифракция на Щели.
b
A B
C
M N
Рассмотрим дифракцию Фраунгофера на одной Щели. Пусть
плоская световая волна падает перпендикулярно на экран с узкой
щелью шириной b.
Тогда получаем условие минимумов и максимумов:
b sin = ± 2k /2 , k=1,2,3,4,...
b sin = ± 2(k+1) /2 , k=1,2,3,4,...
min
max
Дифракционая решетка.
Простейшая дифракционная решетка представляет собой пластину
из большого числа N одинаковых по ширине и парралельных друг
другу щелей лежащих в одной плоскости и
разделеныхнепрозрачными промежутками одинаковой ширины
M N
P
d d
L L
a b
Разность хода между лучами от двух соседних щелей.
d sin
Этой разности хода соответствует
Характеристики Дифракционных Решеток.
Дифракционные решетки используются в основном для анализа
спектрального состава излучения. Качечство полученого с помощью
диффракционной решетки зависит от постояной решетки.
Выполнение работы:
d=600 штр/мм=1/6*10
-5
Порядок
Линия
Отсчет
вправо
Влево
Углы
дифракции
Длина
волны
k=1
желтая
94.5
136.5
21
597
зеленая
95.8
135.2
19.7
561
фиолетовая
99.6
131
15.7
451
k=2
желтая
71.6
163.3
45.9
598
зеленая
74.5
160
42.8
566
фиолетовая
83.3
148.6
32.7
450
Линия
ср
%
желтая
597.5
0.5
0.08
зеленая
563.5
2.5
0.4
фиолетовая
450.5
0.5
0.1
Вывод: в данной работе мы ознакомились с дифракцией света,
принципом действия дифракционной решетки и нашли длины волн с
высокой точностью.
Уфимский государственный авиационный технический университет
Лабораторная работа №66
по курсу общей физики.
Изучение поляризованного света и внутренних напряжений в твердых телах
оптическим методом.
Уфа
2001
2
1 Цель работы
Экспериментальная проверка закона Малюса и изучение механических напряжений в
деформированной балке из оргстекла поляризационно-оптическим методом.
2 Теоретическая часть
Световая волна, исходящая от светящегося тела представляет собой наложение
огромного количества волн, испускаемых отдельными атомами светящегося тела. Атомы
излучают световые волны независимо друг от друга, поэтому направления световых
колебаний в таких волнах не связаны друг с другом. Свет, в котором в каждый момент
времени векторы напряженностей электрического и магнитного полей
E
и
H
,
перпендикулярные к вектору скорости
v
распространения волны, хотя и остаются взаимно
перпендикулярными, но их направления беспорядочно изменяются с течением времени,
называется естественным. Свет, в котором направления колебаний векторов
напряженностей электрического и магнитного полей каким-либо образом упорядочены,
называется поляризованным. Если колебания светового вектора происходят в одной
плоскости, свет называют плоскополяризованным.
При падении естественного света на поляризатор П из последнего выходит
поляризованный луч, интенсивность которого равна половине начальной. Если на пути
полоскополяризованного света поставить поляризатор А так, чтобы плоскости
пропускания П и А были параллельны, то поляризованный свет пройдет через анализатор,
не снижая своей интенсивности. Иначе интенсивность света, прошедшего через систему,
будет зависеть от взаимной ориентации А и П.
Закон Малюса:
2
0
22
0
2
11
coscos IaaI
, (2.1)
где I – интенсивность света, прошедшего через анализатор;
I
0
– интенсивность света, прошедшего через поляризатор;
угол между плоскостями поляризации поляризатора и анализатора;
a
0
– амплитуда колебаний световой волны, прошедшей через поляризатор;
a
11
– составляющая амплитуды колебаний, параллельной плоскости анализатора.
Поместим прозрачный образец между скрещенными поляризатором и анализатором.
При отсутствии деформации в образце свет, прошедший через поляризатор, согласно
закону Малюса полностью задерживается анализатором. При механических деформациях
3
изотропный образец становится анизотропным и возникает преимущественная
ориентация и изменение расположения молекул в пространстве, что приводит к
возникновению двойного лучепреломления. Разность показателей преломления
обыкновенного и необыкновенного лучей n
o
– n
e
я является мерой возникшей
анизотропии.
Разность фаз колебаний обыкновенного и необыкновенного лучей, вышедших из
напряженного образца
2
, (2.2)
где оптическая разность хода, равная
eo
nnd
, (2.3)
где d – толщина образца.
Опыт показывает, что в области упругих деформаций оптическая разность хода в
образце линейно зависит от упругих напряжений , возникающих в образце под
действием давления P, и толщины образца:
dC
. (2.4)
3 Экспериментальная часть
3.1 Схема установки
где 1 – скамья;
2 – осветитель;
3 – конденсор;
4 – поляризатор;
5 – образец;
6 – анализатор;
7 – круговая шкала;
8 – объектив;
9 – экран;
10 – фотоэлемент;
11 – микроамперметр;
12 – блок питания;
13 – реостат.