- •Физика по направлению подготовки
- •Программа
- •Реализация компетенции ок(2)
- •Реализация компетенций ок4 и ок8.
- •Учебный план курса План лекционных занятий
- •План лабораторных работ
- •План практических занятий
- •Вопросы, вынесенные на самостоятельную подготовку.
- •Вопросы к зачету
- •Основная и дополнительная литература
- •Лабораторные работы
- •Механика Лабораторная работа №1 «Изучение колебаний математического маятника»
- •I. Цель работы
- •II. Теоретическая часть
- •III. Порядок проведения экспериментальных измерений.
- •IV. Обработка результатов измерений в программе Microsoft Excel.
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2 «Изучение колебаний физического маятника»
- •Цель работы
- •Теоретическая часть
- •Порядок проведения экспериментальных измерений
- •Обработка результатов измерений в программе Microsoft Excel
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 3 «Изучение колебаний пружинного маятника»
- •Цель работы:
- •Теоретическая часть
- •Порядок проведения измерений
- •Обработка результатов измерений в программе Microsoft Excel
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 4 «Определение моментов инерции тел методом крутильных колебаний»
- •Цель работы:
- •Теоретическая часть.
- •Порядок проведения экспериментальных измерений
- •Обработка результатов измерений в программе Microsoft Excel
- •Контрольные вопросы:
- •Электричество и магнетизм. Лабораторная работа № 5 Экспериментальная проверка закона Ома и определение сопротивления проводника заданной длины в цепи постоянного тока
- •I. Цель лабораторной работы
- •II. Теоретическая часть
- •III. Порядок проведения эксперимента.
- •IV. Обработка результатов измерений в программе Microsoft Excel
- •Результаты замеров тока и напряжения в исследуемом проводнике
- •Результаты замеров тока и напряжения
- •Результаты замеров тока и напряжения в исследуемом проводнике
- •Окончательный вид таблицы №1
- •Окончательный вид таблицы №2
- •V. Определение зависимости сопротивления проводника заданной длины в цепи постоянного тока
- •Лабораторная работа № 6 Экспериментальное определение ёмкости конденсатора
- •I. Цель лабораторной работы
- •II. Теоретическая часть
- •Переключатель
- •Замеряемых параметров
- •III. Порядок проведения эксперимента.
- •IV. Обработка результатов измерений
- •Результаты замеров тока и времени при разрядке конденсатора
- •Результаты обработки экспериментальных данных исследуемого конденсатора
- •Зависимость выражения от времени t
- •Лабораторная работа № 7 Явление электромагнитной индукции. Исследование магнитного поля соленоида
- •I. Цель лабораторной работы
- •II. Теоретическая часть
- •III. Порядок проведения экспериментальных измерений.
- •Внешние витки; 2- соленоид; 3- внутренние витки; 4- генератор сигналов; 5- осциллограф; 6- коммутатор витков; b- магнитный поток.
- •IV. Обработка результатов измерений в программе Microsoft Excel
- •Результаты экспериментальных измерений
- •Результаты замеров частоты сигнала и напряжения эдс во внутреннем витке
- •Результаты замеров частоты сигнала и напряжения эдс во внутреннем витке
- •Окончательный вид таблицы №3
- •Окончательный вид таблицы №4
- •Результаты замеров напряжения эдс на внутренних витках
- •Окончательный вид таблицы №7
- •Окончательный вид таблицы №9
- •Лабораторная работа № 8 Экспериментальное определение удельного сопротивления проводника в цепи постоянного тока
- •I. Цель лабораторной работы
- •II. Теоретическая часть
- •Основные характеристики проводниковых материалов
- •III. Порядок проведения эксперимента.
- •Результаты замеров диаметра исследуемого проводника
- •Результаты замеров тока и перепада напряжения в исследуемом проводнике
- •IV. Обработка результатов измерений
- •Результаты замеров диаметра исследуемого проводника
- •Результаты обработки замеров диаметра исследуемого проводника
- •Результаты замеров тока и напряжения в исследуемом проводнике
- •Результаты замеров тока и напряжения в исследуемом проводнике
- •Результаты вычисления удельного сопротивления исследуемого проводника длиной 800 мм
- •Результаты замеров диаметра исследуемого проводника
- •Обработка результатов замеров диаметра исследуемого проводника
- •Результаты замеров тока и напряжения в исследуемом проводнике
- •Результаты вычисления удельного сопротивления исследуемого проводника длиной 400 мм
- •VI.4. Определение материала, из которого изготовлен исследуемый проводник
- •Оптика Лабораторная работа № 9 Изучение дифракции света на щели
- •I. Цель работы
- •II. Теоретическая часть
- •III. Порядок проведения эксперимента.
- •IV. Обработка результатов измерений
- •Результаты замеров и l, занесённые в Excel
- •Лабораторная работа № 10 Измерение длины волны света с помощью дифракционной решетки
- •I. Цель работы
- •II. Теоретическая часть
- •III. Порядок проведения эксперимента.
- •IV. Обработка результатов измерений
- •Результаты замеров и l, занесённые в Excel
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 11 Изучение явления поляризации
- •Цель работы:
- •Теоретическая часть
- •Порядок проведения измерений
- •Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 12 Изучение естественного вращения плоскости поляризации
- •Цель работы
- •Теоретическая часть
- •Описание установки
- •Перед проведением измерений комплекс лко-5 требует настройки.
- •Порядок проведения эксперимента Определение угла поворота плоскости поляризации
- •Обработка результатов измерений
- •Заключение.
- •Контрольные вопросы
- •Рекомендуемая литература.
- •Методические указания к решению задач.
- •Механика;
- •Молекулярная физика и термодинамика;
- •Электричество и магнетизм;
- •Механические и электромагнитные колебания и волны;
- •Волновая и квантовая оптика;
- •Квантовая физика, физика атома;
- •Домашние задания.
- •Механика;
- •Молекулярная физика и термодинамика;
- •Механические и электромагнитные колебания и волны;
- •Электричество и магнетизм;
- •Волновая и квантовая оптика;
- •Элементы ядерной физики и физики элементарных частиц
Контрольные вопросы
-
Что наблюдается, если на кристалл падает поляризованный свет под углом к оптической оси?
-
Что происходит при падении света на границу двух сред под углом Брюстера?
-
Когда возникает полное внутреннее отражение?
-
Получите законы отражения и преломления электромагнитной волны?
-
Опишите, как измениться амплитуда плоско поляризованной волны, прошедшей через повернутый на угол φ поляризатор?
-
Объясните с позиций электромагнитной теории света явление двойного лучепреломления в одноосном кристалле?
-
При каком сдвиге фаз две перпендикулярно поляризованные волны распространяющиеся в одну сторону, имеющие одинаковые частоты и амплитуды дадут волну поляризованную по кругу?
Литература:
Н.И. Калитеевский, Волновая оптика, М., изд-во Лань, 2008.
С.Э. Фриш, А.В. Тиморева Курс общей физики, том.3, М., изд-во Лань, 2006.
Лабораторная работа № 12 Изучение естественного вращения плоскости поляризации
-
Цель работы
-
Изучение явления естественного вращения плоскости поляризации света.
-
Определение концентрации раствора сахара.
-
Определение удельного вращения плоскости поляризации.
-
Теоретическая часть
В некоторых кристаллах (например, кварце) распространение света вдоль оптической оси сопровождается поворотом плоскости поляризации. Явление поляризации оптического излучения состоит в упорядоченном изменении его векторных характеристик , , , со временем. Перечислим возможные способы этого упорядочения, т.е. виды поляризации.
-
Эллиптическая, при которой конец вектора описывает эллипс (с точки зрения условного «наблюдателя», смотрящего навстречу лучу). Это наиболее общий случай поляризации, возникающий в результате сложения двух монохроматических волн, которые распространяются вдоль одного и того же направления, поляризованные в двух взаимно перпендикулярных плоскостях (см. рис.1).
Рис.1
-
Линейная (плоская) поляризация — в этом случае вектор не выходит из некоторой фиксированной плоскости, называемой плоскостью поляризации. При этом колебания вектора происходят вдоль прямой, являющейся пересечением плоскости поляризации и плоскости, перпендикулярной к направлению распространения волны.
-
Круговая — это поляризация, при которой конец вектора описывает окружность. Линейная и круговая поляризации являются предельными случаями эллиптической.
Покажем, как возникает эллиптическая поляризация световой волны.
Рассмотрим простейший случай плоской монохроматической волны частоты , распространяющейся вдоль оси OZ в положительном направлении. В общем случае Ex - и Ey - компоненты вектора в волне описываются формулами:
= ;
= , (1)
где φxy ‒ разность фаз ортогональных компонент, Ax и Ау ‒ соответствующие амплитуды. Исключая параметр времени t из уравнений, получим уравнение кривой второго порядка:
. (2)
Из уравнений (1) и (2) непосредственно следует, что изменение положения вектора имеет периодический характер, т.е. за время Т = 2π/ω конец светового вектора опишет в плоскости, параллельной ХУ, замкнутую кривую (она называется годограф). Замкнутая кривая второго порядка ‒ эллипс (рис. 2). Как известно, уравнение эллипса в собственных осях представляется в виде
.
В случае эллиптическая поляризация превращается в круговую (при равенстве амплитуд Aх и Ау), при ‒ в линейную. Если для наблюдателя, смотрящего навстречу лучу, вектор вращается по часовой стрелке, поляризация называется правой, в противном случае ‒ левой.
Рис.2
Движение конца вектора при левой круговой поляризации показано на рис. 3 а, при правой рис 3 б.
Рис.3 а Рис. 3 б
Это явление свойственно и некоторым органическим жидкостям (например, раствору сахара). Такие вещества называются оптически активными, а само явление ‒ естественным вращением плоскости поляризации.
Для оптически активных растворов угол поворота плоскости поляризации определяется формулой
= [] c l, (3)
где c ‒ концентрация раствора (масса активного вещества в единице объема раствора); l ‒ длина пути света в веществе; [] ‒ коэффициент, называемый удельным вращением плоскости поляризации и численно равный углу поворота (в град.) при c = 1 г/см и l = 1 см (размерность [α]=град·см2 /г). Этот коэффициент зависит от природы вещества, температуры и длины волны света.
Естественное вращение плоскости поляризации можно наблюдать, поместив оптически активное вещество между поляризаторами Р и Р. Если плоскости поляризаторов взаимно перпендикулярны, то плоскополяризованный свет, прошедший поляризатор Р, в отсутствие оптически активного вещества будет целиком задержан поляризатором Р.
Введение оптически активного вещества приводит к повороту плоскости поляризации, благодаря чему свет пройдет через поляризатор Р и на экране возникнет светлое пятно. Интенсивность прошедшего света определяется законом Малюса I=Iocos2φ . Повернув поляризатор Р вокруг светового пучка так, чтобы светлое пятно на экране исчезло, можно найти угол поворота плоскости поляризации в исследуемом веществе.