4108
.pdf
21
Рис. 2.
Принципиальная оптическая схема установки показана на рис. 2. Параллельный пучок света от лазера 1 проходит через линзу 2, задний фокус О которой расположен в плоскости экрана 3. Выйдя из отверстия в экране, расходящийся пучок света падает на стеклянную пластину 4. При этом часть света отражается от передней, а часть – от задней поверхностей пластины. Таким образом, осуществляется разделение исходного лазерного пучка на две когерентные волны. Встречаясь на экране, эти волны интерферируют между собой, и в результате образуется система полос равного наклона – концентрических светлых и темных колец с общим центром в точке О.
Большая длина когерентности лазерного излучения позволяет получить интерференцию при большой разности хода лучей, т.е. с использованием достаточно толстой пластины. Разность хода двух интерферирующих волн
L 2d |
|
|
, |
|
|
n 2 sin2 |
(7) |
||||
2 |
|
||||
где d – толщина пластинки; – угол падения лучей на пластину. |
|||||
Используя условие (4) минимума интерференции, из выражения (7) по- |
|||||
лучим условие наблюдения темных колец: |
|
||||
|
|
|
|
||
2d n2 sin 2 m , |
(8) |
||||
где целые числа m называются порядком интерференции. |
Для соседних |
||||
темных колец m отличается на единицу. |
|
||||
Из рис. 2 следует, что радиус m -го темного кольца на экране |
|||||
|
|
rm 2l tg , |
(9) |
||
где l – расстояние от экрана до пластины.
22
В условиях данного опыта rm l , |
d l |
и угол мал, поэтому мож- |
|||||
но считать, что sin tg и тогда соотношение (9) перепишем в виде |
|
||||||
|
sin |
2 |
|
|
|
|
|
2dn 1 |
|
|
m . |
(10) |
|||
|
|
2 |
|||||
|
2n |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
||
На основании выражений (9) и (10) получим
r 2 |
8n 2l 2 |
|
4n l 2 |
m . |
(11) |
|
|||||
m |
|
|
d |
|
|
|
|
|
|
|
|
Из формулы (12) видим, что величина r |
2 линейно зависит от порядка |
||||
|
|
|
m |
|
|
интерференции m . Поэтому, если построить график зависимости r 2 |
от m , |
||||
|
|
|
|
m |
|
то угловой коэффициент k полученной прямой дает возможность определить множитель при m в уравнении (11)
k |
4n l 2 |
|
. |
(12) |
||
|
d |
|||||
|
|
|
|
|
||
Если известны величины l , d |
и длина волны , то из формулы (12) |
|||||
можно определить показатель преломления n материала пластины |
|
|||||
n |
kd |
. |
(13) |
|||
|
||||||
|
|
4 l 2 |
|
|
|
|
Для нахождения углового коэффициента k полученной прямой определите значения rm2 1 и rm2 2 для двух точек, лежащих на проведенной прямой, которые соответствуют кольцам с номерами m1 и m2 . Рассчитайте угловой коэффициент по формуле
|
r 2 |
r 2 |
|
|
k |
m 2 |
m1 |
. |
(15) |
|
|
|||
|
m2 |
m1 |
|
|
Продольное и поперечное смещение изображения рассчитывается из формульных выражений (5) и (6), в которых угол ε с учетом его малости оп-
ределяется как sin tg 2al .
Расчетные формулы
1. Показатель преломления стекла:
|
|
|
n |
kd |
, |
|
|
|
4 l 2 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
r 2 |
r 2 |
|
|
|||
где k |
m 2 |
m1 |
– угловой коэффициент линейной зависимости r 2 |
от m , |
||
|
|
|||||
|
m2 |
m1 |
m |
|
||
|
|
|
||||
23
d – толщина пластины; λ=0,672 мкм – длина волны полупроводникового лазера (λ=0,632 мкм – длина волны гелий-неонового лазера); l – расстояние от пластины до экрана.
2.Поперечное смещение изображения:
d(n 1)
n ,
где sin tg |
|
a |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
2l |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
3. Формулы для расчета погрешностей n |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
2 l |
|
|
|
d |
|
|
|
r 2 |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
; |
l |
|
|
; |
d |
|
|
; |
k |
|
|
|
m |
|
|
; |
|||
|
|
|
|
|
l |
d |
k m2 |
m1 |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n= n. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
2 |
2 |
|
2 |
, |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
l |
d |
k |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
Условия проведения эксперимента |
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
l=590 мм; a=45 мм; d=19 мм; ε=0.038136; λ=6.32·10-4мм. |
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
Таблица результатов измерения |
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
m |
|
D1, мм |
|
|
D2, мм |
|
|
|
|
r, мм |
|
|
|
r2, мм2 |
||||||||||
|
1 |
|
|
14 |
|
|
|
|
16 |
|
|
|
|
7.5 |
|
|
|
|
56.25 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
3 |
|
|
34 |
|
|
|
|
26 |
|
|
|
|
15 |
|
|
|
|
225 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
5 |
|
|
42 |
|
|
|
|
34 |
|
|
|
|
19 |
|
|
|
|
361 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
7 |
|
|
48 |
|
|
|
|
40 |
|
|
|
|
22 |
|
|
|
|
484 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
9 |
|
|
54 |
|
|
|
|
46 |
|
|
|
|
25 |
|
|
|
|
625 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
Обработка результатов измерений |
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
График зависимости r |
2 от m |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m |
|
|
|
|
|
|
|
|
24
k=71.094 мм2 n=1.534
Δk=6.667 мм2, ε=εk=0.094, Δn=0.144 OO‘=6.61 мм
ν=0.25 мм
Вывод:
1)Ознакомились с явлением интерференции света при отражении от плоскопараллельной пластины.
2)Определили показатель преломления стекла методом полос равного наклона: n=1.534+0.144 ; результаты эксперимента хорошо согласуются с табличным значением показателя преломления для стекла nтаб=1,52 .
3)Определили поперечное смещение изображения при прохождении света через плоскопараллельную пластину: ν=0,25 мм ; при визуальном наблюдении поперечное смещение не превышает 0,3 мм.
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОДГОТОВКЕ РЕФЕРАТОВ
Поскольку лекции читаются не в полном объеме дисциплины, то студентам на самостоятельное изучение выносится ряд разделов. Преподаватель сообщает студентам содержание данных разделов и организует контроль знаний по заявленным темам. По результатам изучения приведенных тем студент составляет конспект или оформляет реферат. Темы заданий, вынесенных на самостоятельную работу, приводятся в таблице.
№ п/п |
Тема |
Номер источника |
|
|
|
1. |
Колориметрическая система XYZ”. |
1-2 осн. л., 3-4 доп. л., интернет-ист. |
|
|
|
2. |
Светодиоды. |
1-2 осн. л., 3-4 доп. л., интернет-ист. |
|
|
|
3. |
Человеческий глаз как оптическая сис- |
1-2 осн. л., 3-4 доп. л., интернет-ист. |
тема. |
|
|
|
|
|
|
|
|
4. |
Применение голографии. |
1-2 осн. л., 3-4 доп. л., интернет-ист. |
|
|
|
|
Применение лазерной техники при |
1-2 осн. л., 3-4 доп. л., интернет-ист. |
5.эксплуатации автомобиля и в сфере безопасности дорожного движения».
6. |
Светосигнальные приборы. |
1-2 осн. л., 3-4 доп. л., интернет-ист. |
|
|
|
7. |
Фотографическая оптика. |
1-2 осн. л., 3-4 доп. л., интернет-ист. |
|
|
|
8. |
Оптические инструменты, вооружаю- |
1-2 осн. л., 3-4 доп. л., интернет-ист. |
щие глаз. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Подготовка рефератов направлена на развитие и закрепление у студентов навыков самостоятельного глубокого, творческого и всестороннего ана-
25
лиза научной, методической и другой литературы по актуальным проблемам дисциплины; на выработку навыков и умений грамотно и убедительно излагать материал, четко формулировать теоретические обобщения, выводы и практические рекомендации.
Рефераты должны отвечать высоким квалификационным требованиям в отношении научности содержания и оформления.
Темы рефератов, как правило, посвящены рассмотрению одной проблемы. Объем реферата может быть от 5 до 10 страниц машинописного текста (список литературы и приложения в объем не входят).
Текстовая часть работы состоит из введения, основной части и заключения.
Во введении студент кратко обосновывает актуальность избранной темы реферата, раскрывает конкретные цели и задачи, которые он собирается решить в ходе своего небольшого исследования.
Восновной части подробно раскрывается содержание вопроса (вопросов) темы.
Взаключении кратко должны быть сформулированы полученные результаты исследования и даны выводы. Кроме того, заключение может включать предложения автора, в том числе и по дальнейшему изучению заинтересовавшей его проблемы.
Всписок литературы студент включает только те документы, которые он использовал при написании реферата.
Вприложении (приложениях) к реферату могут выноситься таблицы, графики, схемы и другие вспомогательные материалы, на которые имеются ссылки в тексте реферата.
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОДГОТОВКЕ
КЭКЗАМЕНУ
Впериод подготовки к экзамену студенты вновь обращаются к пройденному учебному материалу. При этом они не только закрепляют полученные знания, но и получают новые.
Литература для подготовки к экзамену рекомендуется преподавателем либо указана в учебно-методическом комплексе. Для полноты учебной информации и ее сравнения лучше использовать не менее двух учебников. Студент вправе сам придерживаться любой из представленных в учебниках точек зрения по спорной проблеме (в том числе отличной от преподавательской), но при условии достаточной научной аргументации.
Основным источником подготовки к экзамену является конспект лекций, где учебный материал дается в систематизированном виде, основные
26
положения его детализируются, подкрепляются современными фактами и информацией, которые в силу новизны не вошли в опубликованные печатные источники. В ходе подготовки к экзамену студентам необходимо обращать внимание не только на уровень запоминания, но и на степень понимания излагаемых проблем.
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИЗУЧЕНИЮ РЕКОМЕНДОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Изучение дисциплины следует начинать с проработки данных методических указаний по самостоятельной работе, особое внимание уделяя целям и задачам, структуре и содержанию курса.
Студентам рекомендуется получить в библиотеке ВГЛТУ учебную литературу по дисциплине, необходимую для эффективной работы на всех видах аудиторных занятий, а также для самостоятельной работы по изучению дисциплины.
Успешное освоение курса предполагает активное, творческое участие студента путем планомерной, повседневной работы.
Библиографический список
Основная литература
1. Суханов, И. И. Основы оптики. Теория изображения [Электронный ресурс]: учебное пособие для бакалавриата и специалитета / И. И. Суханов. — 2-е изд., испр. и доп. — М. : Издательство Юрайт, 2018. — 111 с. — ЭБС
"Юрайт". - https://biblio-online.ru/viewer/osnovy-optiki-teoriya-izobrazheniya- 427937#page/1
Дополнительная литература
1.. Баев, В. И. Светотехника: практикум по электрическому освещению и облучению [Электронный ресурс]: учебное пособие для академического бакалавриата / В. И. Баев. — 2-е изд., испр. и доп. — М. : Издательство Юрайт,
2018. — 195 с. — ЭБС "Юрайт" - https://biblio-online.ru/viewer/svetotehnika- praktikum-po-elektricheskomu-osvescheniyu-i-oblucheniyu-415153#page/1
2. Основы оптики и светотехники [Электронный ресурс] : лабораторный практикум / В. И. Лисицын, Н. С. Камалова, Н. Ю. Евсикова, В. В. Саушкин; ВГЛТУ. - Воронеж, 2017. - 75 с. - ЭБС ВГЛТУ.
27
Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети «Интернет»
Для освоения дисциплины необходимы следующие ресурсы информаци- онно-телекоммуникационной сети «Интернет»:
Свободная энциклопедия https://ru.wikipedia.org/ Словари, определения http://dic.academic.ru/
Электронный ресурс библиотеки ФГБОУ ВПО «ВГЛТУ»: http://www.vglta.vrn.ru/BiblSite/index.htm
6.3. Перечень профессиональных баз данных и информационных спра-
вочных систем
Для освоения дисциплины необходимы следующие профессиональные базы данных и информационно справочные системы:
База данных по оптике - 1
Atomic Physics on the Internet (plasma-gate.weizmann.ac.il) – каталог серве-
ров по атомной физике по всему миру; сайт предлагает свободный доступ к препринтам статей по физике с 1994 г., а также к книгам по различным разделам физики.
База данных по светотехнике – 2
Springerlink – преимущественно научно-технические журналы, книги и справочные материалы
База данных по светотехнике – 3
RP Photonics (www.rp-photonics.com/encyclopedia.html) – Комплексная энциклопедия открытого доступа по лазерной физике и технологии, созданная доктором Рюдигером Пашотта и поддерживаемая RP
Photonics Consulting GmbH.
База данных по оптике– 4
NIST - Atomic Spectral Line Broadening Bibliographic Database (physics.nist.gov) – База данных содержит ссылки на публикации, содержащие численные данные, общую информацию, комментарии, обзоры атомных спектров, и является частью коллекции Центра атомной спектроскопии NIST.
Информационно-справочная система 1… Электронный каталог Российской государственной библиотеки им. Ленина – http://aleph.rsl.ru/F/?func=file&file_name=find-a
Информационно-справочная система 2
28
Электронный каталог Государственной публичной научно-техниче-ской библиотеки России – http://library.gpntb.ru/cgi/irbis64r/62/cgiirbis_64.exe?C21COM=F&I21DBN=IBI S&P21DBN=IBIS&Z21ID=
6.4. Перечень программного обеспечения по дисциплине
1.Программные продукты Microsoft для образования – Сублицензионный договор №Tr 000157975/17 от 11.05.17 г. c АО "СофтЛайн Трейд". Срок действия лицензии: 24.05.2020 г. Право на использование программных продуктов по подписке Microsoft Imagine Premium Renewed Subscription 1200
ключей на операционную систему Windows 10, 1200 ключей на операционную систему Windows 7. Номер подписки: 1203557430.
2.Программа Microsoft Office – Сублицензионный контракт №35/1 от 07.12.2015 г. с ЗАО «СофтЛайн Трейд», количество лицензий – 100 шт., срок действия – бессрочный.
3.Программа алгебраических вычислений – Mathcad EducationUniversity Edition (25 pack) Maintenance Gold Mathcad Education-University Edition (25 pack) SON 2814307.
4.Программа для сканирования и распознавания текста и рисунков ЭВМ ABBY FineReader 11 Professional Edition Download NEW! (AF11- 2S1P01-102), 1 шт. Срок действия – бессрочно.
5.Операционные системы:
1)Win HOME 10 Russian OLP NL Academic Edition Legalization GetGenuine 10 шт.;
2)Windows Professional 10 Russian Upgrade OLP NL AcademicEdition 10
шт. Сублицензионный договор № 21/а от 21.12.2015 г. (ЗАО “СофтЛайн Трейд”), № лицензии 66215499, срок действия – бессрочно.
6. Антивирусная программа Dr.Web Desktop Security Сублицензион-
ный договор №330/18 от 21.09.2018 ООО «АйТи Рэйнж» Dr.Web Desktop Security Suite Антивирус+Центр управления на 12 мес., 2 сервера 850 ПК, срок действия до 21.09.2019.
29
Учебное издание
Лисицын Виктор Иванович Камалова Нина Сергеевна Евсикова Наталья Юрьевна Саушкин Виктор Васильевич
Оптика и светотехника в лесном комплексе Методические указания для самостоятельной работы студентов, обучающих-
ся по всем направлениям магистратуры Электронный ресурс