- •Кафедра физики волновая оптика Комплекс к-314.2
- •Кемерово 2010
- •Изучение интерференции света с помощью бипризмы Френеля
- •1.3. Экспериментальная установка и методика измерений
- •1.4. Выполнение работы
- •Исследование интерференционных колец равного наклона для определения показателя преломления стекла
- •2.3. Описание экспериментальной установки и методика проведения работы
- •2.4. Выполнение работы
- •Применение дифракции света для определения длины волны и диаметра мелких частиц
- •3.3. Описание установки и методики измерений
- •3.4. Порядок выполнения работы
- •Измерение длины волны в спектре с помощью дифракционной решетки и гониометра
- •4.3. Описание лабораторной установки и методики измерений
- •4.4. Порядок выполнения работы
- •Зонная пластинка и киноформная линза
- •5.3. Теоретическое введение
- •5.4. Описание эксперимента
- •Изучение закона Малюса
- •6.3. Описание установки
- •6.4. Теоретические положения
- •6.5. Выполнение работы
- •Волновая оптика Комплекс к-314.2
5.4. Описание эксперимента
В данной работе используется киноформная линза, выштампованная из органического стекла так, что фазовый профиль ее зон близок к параболическому. Установка для исследования КЛ включает в себя светодиод в качестве источника монохроматического света, КЛ на подставке (рейтере) и экран, на котором наблюдают изображение светящегося светодиода. Измерения выполняются на оптической скамье, вдоль которой могут перемещаться рейтеры с киноформной линзой, экраном и светодиодом. Расстояния между деталями оптической системы измеряют с помощью рулетки. Наводка изображения на резкость производится на глаз. Чтобы уменьшить роль возникающих при этом неточностей, измерения в каждом случае рекомендуется выполнять несколько раз, а результаты – усреднять.
Фокусное расстояние КЛ можно определять различными способами [4].
Способ 1. определяют, исходя из формулы (5.2). Для этого нужно измерить расстояния от светодиода до КЛ и от КЛ до его изображения на экране.
При измерениях на одном конце оптической скамьи устанавливают рейтер со светодиодом, на другом – рейтер с экраном. Перемещая КЛ вдоль скамьи, получают на экране четкое изображение светодиода, и с помощью рулетки отсчитывают расстояния и . Затем изменяют расстояние между светодиодом и экраном и вновь повторяют измерения. Рекомендуется три измерения выполнить при увеличенном и три – при уменьшенном изображении. Результаты измерений заносят в табл. 5.1 и по ним вычисляют фокусное расстояние , его среднее значение и абсолютную среднюю погрешность .
Полезно проверить полученные результаты. Для этого строят график, по осям которого отложены значения и . Если результаты опыта описываются формулой (5.2), то все точки должны лечь на прямую, отсекающую на обеих осях отрезки, равные . По графику находят тоже среднее значение фокусного расстояния.
Таблица 5.1
Результаты измерений и определения фокусного расстояния КЛ
способом 1
№ п/п |
|
|
|
|
|
|
|
|
см |
см |
см–1 |
см–1 |
см |
см |
см |
см |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
||
… |
|
|
|
|
|
|
||
6 |
|
|
|
|
|
|
Способ 2. Пусть расстояние между светодиодом и экраном превышает . При этом всегда найдутся два таких положения КЛ, при которых на экране получаются отчетливые изображения светодиода: в одном случае (I) – увеличенное, в другом (II) – уменьшенное (рис. 5.4).
Из соображений симметрии ясно, что и . Обозначая расстояние между светодиодом и экраном через , а расстояние между двумя положениями КЛ через , получим и . Отсюда
и . (5.4)
Подставляя (5.4) в формулу (5.2), найдем после несложных преобразований:
. (5.5)
Таким образом, для определения фокусного расстояния достаточно измерить расстояние между светодиодом и экраном и расстояние между двумя положениями КЛ, при которых на экране получаются четкие изображения. Опыт проводится при трех расстояниях . Найденное при усреднении результатов фокусное расстояние следует сравнить с значением, полученным при измерениях первым способом.
Зная фокусное расстояние КЛ, можно по формуле (5.3) определить радиус ее первой зоны. Для киноформной линзы радиус первой зоны в раз больше, чем для зонной пластинки, поскольку разность хода от краев двух соседних зон здесь , а не как для ЗП. С учетом этого формула (5.3) дает для радиуса первой ( ) зоны выражение:
. (5.6)
Таблица 5.2
Результаты измерений фокусного расстояния КЛ
способом 2
№ п/п |
|
|
|
|
|
|
см |
см |
см |
см |
см |
см |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
||
3 |
|
|
|
|
При расчете по этой формуле нужно положить, что длина волны излучения светодиода равна .
В выводе обсудить совпадение или расхождение результатов измерения фокусного расстояния киноформной линзы разными способами. Какой способ точнее?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6