- •Общие указания Охрана труда и техника безопасности при проведении лабораторных работ
- •Требования к оформлению отчетов
- •Библиографический список
- •Обработка результатов измерений
- •Правила обработки результатов прямых Измерений
- •I. Учет случайных составляющих неопределенности (погрешности)
- •II. Учет неопределенностей, обусловленных систематическими ошибками
- •III. Промахи
- •IV. Доверительный интервал в общем случае
- •Обработка результатов косвенных измерений
- •Работа 60: резонанс в электрическом колебательном контуре
- •1. Цель работы
- •2. Основные теоретические положения
- •Принцип метода измерений и рабочая формула
- •Измеряемый объект
- •Описание лабораторной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Вычисления и обработка измерений
- •8. Контрольные вопросы
- •Работа 61. Измерение диэлектрической восприимчивости вещества методом резонанса в колебательном контуре
- •1. Цель работы
- •2. Основные теоретические положения
- •3. Измеряемый объект
- •4. Метода измерений, схема установки и рабочая формула
- •5. Порядок выполнения работы
- •6. Контрольные вопросы
- •1. Цель работы
- •2. Краткая теория исследуемого явления
- •3. Принцип метода измерений и рабочая формула
- •4. Измеряемый объект
- •5. Экспериментальная установка в статике и динамике
- •6. Порядок выполнения работы
- •6. Контрольные вопросы
- •Работа 63. Определение показателя преломления стекла интерференционным методом
- •1. Цель работы
- •2. Краткая теория исследуемого явления
- •3. Принцип метода измерения и рабочая формула
- •4. Измеряемый объект
- •5. Экспериментальная установка
- •6. Порядок выполнения работы
- •7. Наставление по обработке результатов и выводу формул
- •8. Контрольные вопросы
- •Работа 64. Определение длины волны излучения лазера при помощи бипризмы френеля
- •1. Цель работы
- •2. Краткая теория исследуемого явления
- •3. Измеряемый объект
- •4. Принцип метода измерения
- •5. Экспериментальная установка в статике и динамике
- •6. Порядок выполнения работы
- •7. Обработка результатов измерений
- •8. Контрольные вопросы
- •Работа 65. Определение радиуса кривизны линзы при помощи наблюдения интерференционной картины «кольца ньютона»
- •1. Цель работы
- •2. Краткая теория исследуемого явления
- •3. Принцип метода и рабочая формула
- •4. Измеряемый объект
- •5. Описание лабораторной установки
- •6. Порядок выполнения работы
- •7. Обработка результатов измерений
- •8. Контрольные вопросы
- •Работа 66. Исследование дисперсии света на стеклянной призме
- •1. Цель работы
- •2. Основные теоретические положения
- •3. Принцип метода измерения и рабочая формула
- •4. Измеряемый объект
- •5. Установка в статике
- •6. Настройка спектроскопа (установка в динамике)
- •7. Порядок выполнения работы
- •8. Контрольные вопросы
- •Работа 67. Исследование спектра ртутной лампы при помощи дифракционной решетки
- •1. Цель работы
- •2. Основные теоретические положения
- •3. Измеряемый объект
- •4. Описание лабораторной установки
- •5. Порядок выполнения работы
- •6. Контрольные вопросы
- •Работа 68. Изучение дифракционной решетки и определение длин волн линий ртути
- •1. Цель работы
- •2. Краткая теория исследуемого явления
- •3. Измеряемый объект
- •4. Принцип метода и рабочая формула
- •5. Экспериментальная установка
- •6. Порядок выполнения работы
- •7. Обработка результатов измерений
- •8. Контрольные вопросы
- •Работа 69. Определение длины световой волны лазера с помощью дифракционной решетки
- •1. Цель работы
- •2. Краткая теория исследуемого вопроса
- •3. Измеряемый объект
- •4. Принцип метода измерения и рабочая формула
- •5. Экспериментальная установка в статике и динамике
- •6. Порядок выполнения работы
- •7. Обработка результатов измерений
- •8. Контрольные вопросы
- •Работа 70. Изучение дифракции фраунгофера на одной и двух щелях
- •1. Цель работы
- •2. Краткая теория исследуемого явления
- •3. Принцип метода измерения и рабочая формула
- •4. Измеряемый объект
- •5. Экспериментальная установка
- •6. Порядок выполнения работы
- •8. Наставление по обработке результатов и выводу формул
- •9. Контрольные вопросы
- •Работа 71. Измерение степени поляризации частично поляризованного света
- •1. Цель работы
- •2. Краткая теория исследуемого явления
- •3. Экспериментальная установка для измерения степени поляризации частично поляризованного света в статике
- •4. Принцип метода измерения (действия установки) и рабочая формула
- •5. Порядок выполнения работы
- •6. Контрольные вопросы
- •Работа 72. Изучение поляризации света
- •1. Цель работы
- •2. Краткая теория исследуемого явления
- •3. Принцип метода измерения и рабочая формула
- •4. Измеряемый объект
- •5. Экспериментальная установка
- •6. Порядок выполнения работы
- •8. Наставление по обработке результатов и выводу формул
- •9. Контрольные вопросы
- •Работа 73. Ознакомление с работой газового лазера
- •1. Цель работы
- •2. Краткая теория исследуемого явления
- •3. Принцип метода измерения и рабочие формулы
- •4. Измеряемый объект
- •5. Экспериментальная установка в статике и динамике
- •6. Порядок выполнения работы
- •7. Обработка результатов измерения
- •8. Вопросы для проверки
- •Работа 74. Измерение глубины царапин и высоты выступов на поверхностипри помощи микроинтерферометра линника
- •1. Цель работы
- •2. Краткая теория исследуемого явления
- •3. Принцип метода измерения и рабочая формула
- •4. Измеряемый объект
- •5. Экспериментальная установка
- •6. Порядок выполнения работы Настройка микроинтерферометра
- •Измерения на интерферометре
- •Приближенное измерение глубины канавок
- •Измерение с помощью винтового окулярного микрометра мов-1-16х
- •Измерение величины интервала между полосами
- •Измерение величины изгиба полос
- •Вычисление высоты неровности
- •7. Наставление по обработке результатов и выводу формул
- •8. Контрольные вопросы
- •Содержание
Работа 63. Определение показателя преломления стекла интерференционным методом
1. Цель работы
Целью работы является определение показателя преломления стекла по параметрам интерференционной картины, возникающей при отражении лазерного луча от плоскопараллельной стеклянной пластины.
2. Краткая теория исследуемого явления
Рассмотрим расходящийся пучок монохроматических когерентных лучей, падающий на поверхность плоскопараллельной пластинки. Ось пучка перпендикулярна поверхности пластинки (рис. 1).
Рис. 1
Лучи, отраженные от передней и задней поверхностей пластинки, сходятся на экране, где наблюдается интерференционная картина. Из рис. 1 видно, что любая пара интерферирующих лучей, идущих симметрично относительно нормали SO, имеет одинаковую разность хода. Следовательно, интерференционная картина на экране будет иметь вид концентрических колец.
Заметим, что для наблюдения интерференционной картины необходимо, чтобы складывающиеся колебания были когерентны. Если оптическая разность хода волн превышает длину когерентности, интерференция наблюдаться не будет. Излучение лазера обладает высокой монохроматичностью и, следовательно, большой длиной когерентности (порядка метра, а в случае одночастотных лазеров – и десятков метров).
В настоящей работе используется лазер для получения интерференции в сравнительно толстой (d = 5 мм) стеклянной пластинке.
При условии, что расстояние L между экраном и пластинкой значительно больше, чем толщина пластинки d, угол α между нормалью и лучом будет очень малой величиной (рис. 1).
3. Принцип метода измерения и рабочая формула
Плоскопараллельная стеклянная пластина освещается пучком параллельных когерентных лучей. В отраженном свете возникает интерференционная картина, которая визуализируется на экране, расположенном со стороны падения лучей, в виде тёмных и светлых концентрических колец. По размерам этих колец и определяют показатель преломления стекла, из которого изготовлена пластина.
Предварительно определим условия образования темных и светлых интерференционных колец при отражении пучка параллельных когерентных лучей от плоскопараллельной пластинки (рис. 2).
Рис. 2
На поверхности пластинки световые лучи 1 и 2 разделятся на два луча – отраженный и преломленный от верхней поверхности пластинки. Разделение световых лучей происходит и на нижней поверхности пластинки. Обычно интенсивность отраженной волны много меньше интенсивности преломленной. Поэтому после многократных отражений и преломлений интенсивности волн резко убывают. При расчете интерференции в отраженном свете достаточно учитывать лишь лучи 2' и 1". Лучи 1' и 2' полностью идентичны, и их наложение мы не рассматриваем.
Из рис. 2 следует, что оптическая разность хода между этими лучами равна
где n – показатель преломления стекла.
Последнее слагаемое равенства данного учитывает изменение фазы колебаний светового вектора при отражении луча 2' в точке E от оптически более плотной среды (показатель преломления стекла больше, чем показатель преломления воздуха) (см. рис. 2).
Из анализа рис. 2 получаем
Учитывая закон преломления света,
получаем
(1)
Вернемся к расчету интерференционной картины от расходящегося пучка когерентных лучей, освещающего поверхность плоскопараллельной пластинки.
Из рис. 1 видно, что
(2)
При образовании интерференционной картины минимум освещенности получается при условии, что оптическая разность хода лучей равна
(m = 1, 2, 3,…). (3)
Приравнивая правые части равенств (1) и (3), с учетом (2), получим условие для расчета радиусов темных колец на экране
(4)
где Rm – радиус m-го кольца.
С учетом L >> R формулу (4) можно представить в приближенном виде
(5)
Равенство (5) для темного кольца порядка (m + k) может быть записано в виде
(6)
Из системы уравнений (5) и (6) находим показатель преломления стекла
. (7)
Равенство (7) справедливо и для светлых колец.