Лабораторные работы по курсу общей физики (2-я Редакция 2012 г.)
Подождите немного. Документ загружается.
4
3.2 Проверка закона Малюса
,
o
i, мкА
,
o
i, мкА
,
o
i, мкА
,
o
i, мкА
,
o
i
ср
, мкА
cos
2
0
12,0
180
11,5
180
11,5
360
12,0
0
11,75
1,000
10
9,0
170
14,0
190
9,0
350
14,0
10
11,50
0,970
20
6,5
160
16,0
200
6,0
340
15,5
20
11,00
0,883
30
4,0
150
17,5
210
4,0
330
17,0
30
10,63
0,750
40
3,0
140
17,5
220
3,0
320
17,5
40
10,25
0,587
50
2,5
130
16,5
230
2,5
310
17,0
50
9,63
0,413
60
3,0
120
16,0
240
3,0
300
16,0
60
9,50
0,250
70
4,0
110
14,0
250
4,0
290
14,0
70
9,00
0,117
80
6,5
100
11,5
260
6,0
280
11,0
80
8,75
0,030
90
9,0
90
9,0
270
8,5
270
8,5
90
8,75
0,000
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
12,00
14,00
0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000 1,200
Вывод: экспериментально выяснить справедливость закона Малюса не удалось из-за
влияния внешних факторов (источников света), в результате чего показания получились
неточными.
мкА i
Cos
2
5
4 Ответы на контрольные вопросы
1. Какой свет называется естественным, плоскополяризованным?
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.
2. Какие способы поляризации вам известны?
Существует много способов поляризации света, основанных на поляризации света
при отражении и преломлении на границе двух диэлектриков, дихроизме и двойном
лучепреломлении.
3. Сформулируйте закон Малюса.
Интенсивность плоскополяризованного света, проходящего через анализатор, прямо
пропорциональна квадрату косинуса угла между плоскостями поляризации
плоскополяризованного света и анализатора.
4. Физическая сущность двойного лучепреломления.
Оптически анизотропия среды проявляется различной по разным направлениям
способностью среды реагировать на действие падающего света. Под воздействием поля
световой волны происходит смещение электрических зарядов атомов вещества. Для
оптически анизотропных сред величина смещения в поле данной напряженности зависит
от направления электрического вектора световой волны. То есть диэлектрическая
проницаемость, а значит и показатель преломления среды различны для разных
направлений. Следовательно, и скорость света зависит от направления распространения
световой волны и плоскости ее поляризации. При переходе луча света из среды
изотропной в среду анизотропную наблюдается двойное лучепреломление. В результате
преломления в анизотропной среде распространяется два луча – обыкновенный и
необыкновенный, которые линейно поляризованы во взаимно перпендикулярных
плоскостях и распространяются с различными скоростями.
Лабораторная работа № 67
Изучение дисперсии света
Цель работы:
Целью данной работы является определение преломляющего
угла стеклянной призмы, угла наименьшего отклонения лучей, а
также показателя преломления призмы для разных световых волн.
Теоретическая часть:
Дисперсией света называются явления, обусловленные
зависимостью показателя преломления вещества от длины или
частоты световой волны.
При прохождении электромагнитной волны через вещество
внешние или оптические электроны атомов среды под действием
электрической составляющей световой волны начнут колебаться.
Амплитуда вынужденных колебаний :
Под влиянием поля световой волны оптические электроны
смещаются из положения равновесия на растояние :
x=ACos(wt+a)
превращая атом в электрическую систему с дипольным моментом:
P=ex
Поляризация среды :
P=Np=Nex
и известно, что:
E=1+Г=1+4pr/E
Для прозрачных и полупрозрачных, не ферромагнитных
материалов, в которых распространяется световая волна m=1.
Выполнение работы
1.
1
=20
0
50'
2
=141
0
30'
p=60
0
20'
2.
0
=96
0
38'
цвет
n
A
0
зеленый
135
0
22'
38
0
44'
1.5139
5460
желтый
135
0
10'
38
0
32'
1.5098
5790
фиолет.
136
0
30'
39
0
52'
1.5266
4077
1.508
1.51
1.512
1.514
1.516
1.518
1.52
1.522
1.524
1.526
1.528
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
Лабораторная работа № 68.
Изучение поглощения света в веществе.
Цель работы:
1. Исследовать зависимость оптической плотности и коэффициента
пропускания растворов от толщины поглощающего слоя растворов,
длины волны поглощаемого света.
2. Определить коэффициент поглощения растворов в зависимости
от длины волны.
Теоретическая часть:
Поглощение (абсорбцией) света называется явление потери
энергии световой волны, проходящей через вещество.
Явление поглощения света веществмом объясняется как
класической так и квантовой теорией.
Классическая теория Лоренца: Строение колеблющихся систем и
молекул и их колебание описывается законами Ньютона.
Электромагнитные световые волны создают внутренее колебания
электронов в атомах. Вблизи собственных частот колебаний
электронов в атомах и атомов в молекулах происходит резонанс с
колебаниями электрического поля световой волны, что приводит к
поглощению света. В результате поглощения интенсивность света при
прохождении через вещество уменьшается.
Классическая физика не состоянии объяснить структуру атомов и
молекул и вычислить собственные частоты в спектрах поглощения.
Квантовая механика объясняет строение и устойчивость атомных
систем.
Поглощение света в веществе описывается законом Бугера-
Ламбера:
I = I eo
l
где I и Io - cоответственно интенсивность монохроматической
световой волны на входе и на выходе слоя.
- Коэффициентпоглащения зависящий от длины волны света,
химической природы и состояния вещества.
Физический смысл : он равен обратной величине толщины такого
слоя при котором интенсивность света I по сравнению с Iо
уменьшается в е раз.
- зависит от длины световой волны для различных веществ .
L
Io
I
= 10
-12
- 10
-11
- одноатомные газы и пары Ме.
= 10
-3
- 10
-5
- диэлектрики и большинство жидкостей
= 10
3
- 10
4
- для Ме -Металлы не прозрачны для света.
Зависимоcть от частоты света и зависимость n от частоты света:
n
В данной работе используется однолучевой фотокалориметр KFS-
2, предназначеный для измерения коэффициентов пропускания и
оптической плотности в видимом спектральном диапозоне от 340 до
850 нм.
Выполнение работы:
Раствор
N
С моль/л
L, см
T%
D
NiSO
4
1
2
1.007
60
0.23
зеленый
2
2
0.507
67
0.18
=490 нм
3
2
5.007
77
0.12
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 1 2 3 4 5 6
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0 2 4 6
Раствор
N
С моль/л
L, см
T%
D
E
K
2
Cr
2
O
7
1
0.05
1.007
31
0.52
10.3
оранж.
2
0.2
12.5
0.9
4.5
=540 нм
3
0.4
7
1.25
3.1
4
Х=0.22
11
0.95
4.3
0
5
10
15
20
25
30
35
0 0.1 0.2 0.3 0.4
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
0 0.1 0.2 0.3 0.4
c=2 моль/л
l=1 см
Раствор
T
D
E
NiSO
4
364
5
1.8
0.9
400
11
0.9
0.45
440
31
0.52
0.26
490
60
0.23
0.11
540
58
0.24
0.12
0
10
20
30
40
50
60
0 200 400 600
0
0.5
1
1.5
2
0 200 400 600
Вывод: В данной работе мы изучили явление поглощения света и
нашли коэффициент пропускания в зависимости от длины волны.
Уфимский государственный авиационный технический университет
Лабораторная работа №69
по курсу общей физики.
Изучение дифракции света на двумерной дифракционной решетке.
2
1 Цель работы
1.1 Ознакомление с дифракцией света на двумерной дифракционной решетке и
теорией расчета ее дифракционной картины
1.2 Экспериментальное определение с помощью дифракции света параметров
двумерной дифракционной решетки.
2 Теоретическая часть
Положение главных максимумов в дифракционной картине одномерной решетки в
случае нормального падения лучей определяется выражением:
kd sin
, (2.1)
где d – постоянная решетки,
– угол дифракции,
– длина световой волны,
k – целое число, определяющее порядок дифракционного максимума.
В простейшем случае двумерной дифракционной решеткой являются скрещенные
перпендикулярные решетки с периодами d
1
и d
2
. Дифракцию на такой решетке можно
рассматривать как последовательную дифракцию лучей на двух расположенных одна за
другой одномерных решетках с взаимно перпендикулярным расположением штрихов.
Узкий пучок монохроматического света, пройдя через первую решетку с вертикальными
штрихами, должен дать совокупность максимумов вдоль горизонтальной линии. Световой
пучок, соответствующий каждому максимуму, проходя через вторую решетку,
распадается на новую совокупность световых пучков, дающих максимумы вдоль
вертикальной линии.
Пусть свет падает на решётку нормально. Выберем направление распространения
падающего луча за ось Z , а направления вдоль решёток – за оси Х и Y. Направление
падающего луча зададим углами
0
,
0
,
0
, а дифрагировавшего - углами , , (углы
между направлением луча и соответствующей координатной осью).
В нашем случае
2
00
,
0
= 0. Отклонение дифрагировавшего луча вдоль Х
приведет к образованию минимумов и максимумов света в зависимости от угла
дифракции . Используя теорию одномерной, решётки из условия главных максимумов в
данном случае получаем
11
cos kd
. (2.2)