- •Пермский государственный технический университет
- •Содержание
- •Список литературы
- •Обработка результатов измерений на примере задачи определения обьема цилиндра
- •Теоретические сведения
- •Погрешности прямых измерений
- •Погрешности косвенных измерений
- •Порядок обработки результатов измерений Прямые измерения
- •Косвенные измерения
- •Порядок выполнения работы
- •Определение высоты цилиндра
- •Определение объема цилиндра
- •Маятник обербека
- •Краткие теоретические сведения
- •Момент инерции тела относительно оси
- •Момент силы относительно оси
- •Момент импульса тела относительно оси вращения
- •Основной закон динамики для вращательного движения
- •Описание установки и метода определения момента инерции
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Физический маятник
- •Краткие теоретические сведения
- •Описание установки и метода определенияинерции тела
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Исследование электростатических полей
- •Сведения из теории
- •Моделирование электрического поля и описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Определение эдс источника тока компенсационным методом
- •Сведения из теории
- •Принцип работы потенциометра
- •Порядок выполнения работы
- •Определение магнитной индукции в межполюсном зазоре прибора магнитоэлектрической системы
- •Сведения из теории
- •Принцип действия прибора магнитоэлектрической системы
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Определение радиуса кривизны линзы с помощью колец ньютона
- •Сведения из теории
- •Описание установки
- •Выполнение работы
- •Определение цены деления окулярной шкалы
- •Определение радиуса кривизны линзы
- •Контрольные вопросы
- •Изучение явления дифракции света с помощью дифракционной решетки
- •Сведения из теории
- •Принцип Гюйгенса – Френеля
- •Метод зон Френеля
- •Дифракция Фраунгофера на одной щели.
- •Дифракционная решетка
- •Характеристики дифракционной решетки
- •Описание установки
- •Выполнение работы
- •Определение длины световой волны лазерного луча
- •Определение ширины щели
- •Контрольные вопросы
- •Исследование фотоэлементов
- •Сведения из теории
- •Фотоэлементы с внешним фотоэффектом
- •Фотоэлементы с внутренним фотоэффектом
- •Вольт-амперные и люкс-амперные характеристики фотоэлементов
- •Применение фотоэлементов
- •Выполнение работы
- •Контрольные вопросы
- •1. Предельные приборные погрешности некоторых приборов
- •Коэффициенты Стьюдента
- •Пример обработки результатов прямого измерения
- •Пример обработки результатов косвенного измерения
- •5. Основные величины и единицы си
- •10. Некоторые физические постоянные
Порядок выполнения работы
1. Изучить принцип действия прибора магнитоэлектрической системы.
2. Определить индукцию магнитного поля в межполюсном зазоре прибора магнитоэлектрической системы.
2.2. Изменяя ток с помощью реостатов R1 и R2, снять 7-10 показаний приборов А и А1. При этом показания прибора А должны быть сняты в пределах всей шкалы, т.е. от 0 до 90о.
Результаты измерений занести в табл. 1. По формуле (6.10) для каждой пары I и определить Bi и < B>. Необходимые данные о приборе А взять из табл. 2.
Таблица 1
№ n/n |
I , А |
, град |
Bi , Tл. |
|<B> - Bi | |
|<B> - Bi |2 |
1 2 3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
< > |
|
|
|
|
|
Таблица 2
№ n/n |
Инвентарный номер прибора |
С,10-8 Нм/град |
S , 10-6 м2 |
k |
1 2 3 4 5 6 7 8 9 |
078426 007636 096794 411841 085207 214273 016776 074495 093837 |
33 37 29 29 20 24 24 18 21 |
418 418 418 418 350 350 350 350 350 |
15 15 15 15 20 20 20 20 20 |
2.4. Вычислить полуширину доверительного интервала
и результат записать в виде
B = <B> B, = . . . ,
3. Построить график зависимости = f (I). Анализируя график, сделать выводы относительно шкалы прибора и индукции магнитного поля в межполюсном зазоре прибора.
Контрольные вопросы
1. Чем создается и как обнаруживается магнитное поле?
2. Как направлен вектор индукции магнитного поля?
3. Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле (закон Ампера).
4. Величина индукции магнитного поля ( физический смысл индукции магнитного поля ), единицы ее измерения в СИ.
5. Принцип действия прибора магнитоэлектрической системы.
Вывод расчетной формулы для определения магнитного поля в воздушном зазоре прибора.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7
Определение радиуса кривизны линзы с помощью колец ньютона
Цель работы: пронаблюдать на опыте интерференцию света в тонкой пленке (в воздушном слое между линзой и пластинкой) в виде колец Ньютона и познакомиться с методом определения радиуса кривизны линзы с помощью колец Ньютона.
Приборы и принадлежности: плосковыпуклая линза, поставленная выпуклой стороной на плоскопараллельную пластину и закрепленная на ней; микроскоп; источник света; небольшая часть линейки с миллиметровой шкалой.
Сведения из теории
В основе определения радиуса кривизны линзы или длины волны света с помощью колец Ньютона лежит явление интерференции. Сущность явления интерференции заключается в отсутствии суммирования интенсивностей световых волн при их наложении, т.е. при наложении световых волн происходит перераспределение светового потока в пространстве, в результате чего в одних точках пространства возникают максимумы, а в других - минимумы интенсивности. Необходимым условием интерференции световых волн является их когерентность: постоянство во времени разности фаз колебаний вектора E (и соответственно вектора H) в произвольной точке встречи складываемых электромагнитных волн.
Известно, что два независимых источника света не дают когерентных волн. Для получения последних пучок (луч) света от одного источника делят каким-либо способом на две части или непосредственно выделяют два пучка (луча) от одного источника, направляют их разными путями, а затем сводят в одну область пространства.
В данной лабораторной работе два когерентных луча получают следующим образом. Плосковыпуклую линзу кладут выпуклой стороной на стеклянную пластину (рис. 7.1). На линзу направляют нормально к плоской поверхности пучок параллельных монохроматических лучей. Каждый луч проходит линзу и на верхней границе воздушного клина делится на два: один отражается от верхней границы клина, другой проходит клин и отражается от его нижней границы. Из-за малой кривизны линзы преломление света на ее выпуклой поверхности практически не происходит, и два отраженных луча идут вдоль падающего (см. рис. 7.1).
О
Рис.
7.1
Обозначим через r радиус кольца Ньютона, соответствующий толщине воздушного слоя b (рис. 7.1). Между двумя отраженными в этом месте лучами оптическая разность хода
(7.1)
где - длина волны в вакууме.
Добавление /2 обусловлено следующим. В электромагнитной волне векторы E, H, v составляют правовинтовую систему (рис. 7.2,а). При отражении вектор скорости v скачком меняет свое направление на противоположное. При этом должно измениться на противоположное направление векторов E или H. Опыты
а б в
Рис. 7.2
показывают, что при отражении от среды, оптически более плотной (с большим показателем преломления), меняет направление на противоположное вектор E (рис. 7.2,б). Изменение направления вектора E или H на противоположное эквивалентно скачкообразному изменению фазы колебаний E или H на или, иначе, прохождению соответствующей составляющей электромагнитной волны расстояния /2.
Поскольку световое воздействие на глаз, фотопластинку, фотоэлемент обусловлено вектором E, а не H, то за счет отражения второго луча от среды с большим показателем преломления к его оптической длине пути следует добавить /2.
Найдем радиусы колец Ньютона в отраженном свете. Из рис. 7.1 видно, что
R2 = (R - b)2 + r2 = R2 - 2Rb + b2 + r2 , (7.2)
где R - радиус кривизны линзы. Из выражения (7.2) с учетом малости b2 получим
2b = . (7.3)
Подставляя 2b из выражения (7.3) в выражение (7.1), получим
= . (7.4)
Подставляя в (7.4) условие минимума = (2k+1) /2, а затем условие максимума = k, где k = 1,2,3..., определим радиусы темных и светлых колец в отраженном свете:
rт = , (7.5)
rсв = , (7.6)
где k - номер кольца.
Казалось бы, именно эти формулы могут быть использованы для определения R. Однако, чтобы исключить ошибку, связанную с определением номера кольца, для работы выбирают не одно, а два кольца. Пусть их номера k=i и k=m, тогда
(7.7)
Возводя выражения (7.7) в квадрат и вычитая одно из другого, получим
r2 т,i - r2 т,m = (i - m) R . (7.8)
Формула (7.8) справедлива и для светлых колец. Так как центр кольца устанавливается с большой погрешностью, на опыте измеряют не радиус, а диаметр кольца D. Тогда формула (7.8) примет вид
D2i - D2m = 4(i - m) R . (7.9)