fizick_praktika_III

Произвести отсчет (b) по микрометрическому винту и записать со знаком (+) в табл. 1.3.

6.Измерения в соответствии с пунктами 5 и 6 выполняют три раза.

7.Находят угол = b – а. Вычисляют среднее значение углов из трех опытов.

0 90

Рис. 1.8

8. Определяют преломляющий угол призмы γ 3γi .

5.1.4. Определение показателя преломления

1.Включите осветитель.

2.Настройте зрительную трубу (при отсутствии призмы) так, чтобы при включенном осветителе изображение щели имело четкие края.

3.Установите указатель окуляра зрительной трубы в вертикальное положение. Глядя в окуляр, совместите указатель окуляра с серединой изображения щели осветителя.

4.Установите призму на столик так, чтобы основание призмы было перпендикулярно экрану со щелью и луч из осветителя попадалнаодну из боковых граней(рис. 1.9, а).

5.Вращайте зрительную трубу по направлению к основанию призмы до тех пор, пока не появится спектр. Совместите середину

21

спектра с вертикальным указателем трубы. Далее, не вращая зрительную трубу, поверните столик с призмой в ту или иную сторону и наблюдайте, куда движется спектр, т. е. увеличивается или уменьшается отклонение. Столик с призмой следует вращать так, чтобы спектральная линия приближалась кнаправлению неотклоненного светового луча. При этом может случиться, что спектр выйдет из поля зрения зрительной трубы. В этом случае, продолжая вращать столик с призмой в том же направлении, зрительную трубу ведут вслед за линией. Пройдя некоторое расстояние, спектр остановится и затем начнет возвращаться. В этом положении призма будетустановленанауголнаименьшегоотклонения.

аа бб

Рис. 1.9

6.Поочередно совмещайте указатель окуляра, установленный в вертикальное положение, с серединой каждой цветной линии спектра: красная, оранжевая, желтая, зеленая, голубая, синяя и фиолетовая.

7.Снимите отсчеты γ1' и запишите их с учетом знака для

каждой линии спектра в табл. 1.4.

8. Поверните столикспризмойна180 так, чтобылучсветападалнадругуюграньпризмы(рис. 1.9, б), ивыполнитепункты6 и7.

22

9. Снимите отчеты γ'2 и запишите их с учетом знака для

каждой линии спектра в табл. 1.4.

Таблица 1.4

10. По формуле min 12 γ'2 γ1' определите угол для каждой линии спектра.

11.По формуле (1.23) рассчитайте показатель преломления для каждойлинииспектраизапишитеполученныезначениявтабл. 1.4.

12.Постройте зависимость показателя преломления от длины волны излучения.

Вариант 2

6. ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ПРИЗМЫ ОТ ДЛИНЫ ВОЛНЫ

В данной работе на компьютере моделируется прохождение луча белого света через призму и разложение его в спектр. При запуске работы на экране появится изображение (рис. 1.10). Необходимо ознакомиться предварительно с работой и порядком ее выполнения. При нажатии кнопки Эксперимент на экране появится окно с изображением призмы и транспортира, который можно передвигать, апризмувращать(рис. 1.11).

Порядоквыполненияработы

1. Измерьте преломляющий угол призмы. Для измерения преломляющего угла призмы воспользуйтесь транспортиром. Переместите транспортир в нужную область экрана, удерживая нажатой левую кнопку «мыши». Измерение преломляющего угла приз-

23

мы можно проводить, только когда «ползунок», расположенный в нижнейчастиэкрана, находитсявкрайнейлевой позиции.

Рис. 1.10

Рис. 1.11

24

2. Определите угол наименьшего отклонения спектральной линии красного цвета. Используя «ползунок», расположенный в нижней части экрана, поворачивайте призму со столиком до тех пор, пока луч данного спектрального цвета будет отклоняться от падающего на призму белого луча на наименьший возможный угол – угол наименьшего отклонения

( min). При помощи транспортира измерьте угол наименьшего отклонения для данной длины волны. Результаты измерения занесите в табл. 1.5.

3.Определите угол наименьшего отклонения оставшихся спектральных линий. Выполните для остальных спектральных линий последовательность действий согласно пункту 2.

4.Вычислите показатель преломления для каждой длины волны по формуле (1.23).

5.Постройте график зависимости показателя преломления от длины волны.

6.Определите дисперсию призмы для трех разных длин волн по наклону зависимости показателя преломления от длины волны. Дисперсия графически представляет собой тангенс угла наклона касательной, проведенной к данной точке кривой.

25

Контрольные вопросы и задания

1.Что такое дисперсия света? Что показывает дисперсия

света?

2.Что называется показателем преломления света: абсолютным, относительным?

3.Как связаны между собой преломляющий угол призмы

иугол отклонения лучей?

4.Что такое нормальная, аномальная дисперсия света?

5.В чем заключаются основные положения и выводы электронной теории дисперсии света?

6.По каким признакам можно отличить спектры, полученные с помощью призмы и дифракционной решетки?

7.Как устроен спектроскоп?

8.Как отградуировать спектроскоп?

9.Как определяют неизвестную длину волны?

10.Объясните методику измерения угла наименьшего отклонения.

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Основная литература

1. Трофимова, Т.И. Курс физики / Т.И. Трофимова. – М. : Выс-

шая школа, 2007. – 542 с.

Дополнительная литература

1.Сивухин, Я.В. Общий курс физики. Т. 4. / Я.В. Сивухин. – М. : Наука, главнаяредакцияфизико-математическийлитературы, 1979. – 520 с.

2.Савельев, И.В. Курс общей физики. Т. 3. / И.В. Савельев. – М. : Наука, главнаяредакцияфизико-математическойлитературы, 1982. – 432 с.

3.Детлаф, А.А. Курс физики / А.А. Детлаф, Б.М. Яворский. – М. : Высшая школа, 1989. – 608 с.

26

Лабораторная работа № 2

ИЗУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ СВЕТА С РАЗЛИЧНЫМИ СОСТОЯНИМИ.

ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Ознакомление с одним из методов получения и анализа поляризованного света.

2. ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ

Источник теплового излучения (лампа накаливания) мощностью 100 Вт, светофильтр, приемник излучения (фотосопротивление), измерительный прибор (микроамперметр), поляризационные приспособления.

3. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Видимый свет – это электромагнитное излучение в интервале длин волн от 400 до 800 нм. Его интервал определяется чувствительностью человеческого глаза. Так называемый оптический диапазон длин волн гораздо шире. Оптические волны включают в себя инфракрасное излучение (ИК) в сторону уве-

стотными (СВЧ). В коротковолновой области ультрафиолетовое (УФ) излучение перекрывается с рентгеновским излучением.

Согласно теории Максвелла в электромагнитной волне распространяются колебания напряженности электрического поля Е инапряженности магнитного поля Н, причем векторы Е и Н взаимно перпендикулярны и перпендикулярны к скорости распространения волны V (т. е. к лучу). Векторы Е, Н, V образуют правую тройку векторов подобно направлениям декартовых осей координат (X, Y, Z). Таким образом, электромагнитная волна является поперечной. Сэтимсвязаноявлениеполяризацииэлектромагнитныхволн.

27

Явление поляризации света было открыто и изучалось в первой четверти XIX в. до появления теории Максвелла. Оно послужило одним из решающих аргументов в развитии представлений о волновой природе света как электромагнитной волне.

При взаимодействии света с веществом основное действие оказывает электрическая составляющая электромагнитной волны. Поэтому напряженность электрического поля Е в световой волне называется световым вектором. Амплитудное значение напряженности Е (светового вектора) принято обозначать буквой Е.

3.1. Естественный и поляризованный свет. Виды поляризации

Следствием теории Максвелла является поперечность световых волн: векторы напряженностей электрического E и магнитного Н полей волны взаимно перпендикулярны и колеблются перпендикулярно вектору скорости V распространения волны (перпендикулярно лучу). Поэтому для описания закономерностей поляризации света достаточно знать поведение лишь одного из векторов. Обычно все рассуждения ведутся относительно светового вектора – вектора напряженности Е, электрического поля (это название обусловлено тем, что при действии света на вещество основное значение имеет электрическая составляющая поля волны, действующая на электроны в атомах вещества).

Свет представляет собой суммарное электромагнитное излучение множества атомов. Атомы же излучают световые волны независимо друг от друга, поэтому световая волна, излучаемая телом в целом, характеризуется всевозможными равновероятными колебаниями светового вектора (рис. 2.1, а; луч перпендикулярен плоскости рисунка). В данном случае равномерное распределение векторов Е объясняется большим числом атомарных излучателей, а равенство амплитудных значений векторов Е – одинаковой (в среднем) интенсивностью излучения каждого из атомов. Свет со всевозможными равновероятными ориентациями вектора Е (и, следовательно, Н) называется естественным.

28

Свет, в котором направления колебаний светового вектора ка- ким-то образом упорядочены, называется поляризованным. Так, если в результате каких-либо внешних воздействий появляется преимущественное направление колебаний вектора Е (рис. 2.1, б), то имеем дело с частично поляризованным светом. Свет, в котором вектор Е (и, следовательно, Н) колеблется только в одном направлении, перпендикулярном лучу (рис. 2.1, в), называется плоскополя-

ризованным(линейно-поляризованным).

Рис. 2.1

Плоскость, в которой колеблется вектор Е, называют плоско-

стью колебаний светового вектора, а вектор Н – плоскостью по-

ляризации. Другой вид поляризации заключается втом, что вектор

Евращается вокруг направления распространения волны, одновременно изменяясь периодически по модулю. При этом конец вектора

Еописывает эллипс (в каждой точке среды). Такую волну называют

эллиптически-поляризованной или поляризованной по кругу, если конец вектора Е описывает окружность. Эллиптически-поляризо- ванная – это наиболее общий вид поляризации волны, переходящий при определенных условиях влинейную и круговую поляризации. Волнусэллиптическойполяризациейвсегдаможнопредставитькак

две взаимно-перпендикулярные линейно-поляризованные волны свзаимно ортогональными плоскостями поляризации. Причем разность фаз этих двух волн в данной точке пространства сохраняется постоянной во времени. Такие волны, как мы знаем, называют коге-

29

рентными, в отличие от некогерентных, у которых разность фаз хаотическименяетсявовремени.

3.2. Закон Малюса

Естественный свет можно преобразовать в плоскополяризованный, используя так называемые поляризаторы, пропускающие колебания только определенного направления (например, пропускающие колебания, параллельные главной плоскости поляризатора, и полностью задерживающие колебания, перпендикулярные этой плоскости). В качестве поляризаторов могут быть использованы среды, анизотропные в отношении колебаний вектора Е, например кристаллы с известной анизотропией. Из природных кристаллов, давно используемых в качестве поляризатора, следует отметить турмалин.

Рассмотрим классические опыты с турмалином (рис. 2.2). Направим естественный свет перпендикулярно пластинке турмалина T1, вырезанной параллельно так называемой оптической оси ОО'. Вращая кристалл T1 вокруг направления луча, никаких изменений интенсивности прошедшего через турмалин света не наблюдаем. Если на пути луча поставить вторую пластинку турмалина T2 ивращать ее вокруг направления луча, то интенсивность света, прошедшего через пластинки, меняется взависимости от угла междуоптическимиосямикристалловпозаконуМалюса:

где I0 и I – соответственно интенсивности света, падающего на второй кристалл и вышедшего из него. Следовательно, интенсивность прошедшего через пластинки света изменится от минимума (полное

гашение света) при = /2 (оптические оси пластинок перпендику-

лярны) да максимума при = 0 (оптические оси пластинок параллельны). Однако, как это следует из рис. 2.3, амплитуда Е световых колебаний, прошедших через пластинку Т2, будет меньше амплитудысветовыхколебанийЕ0, падающихнапластинкуT2:

E = E0cos .

30