- •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
3. Принцип метода измерения и рабочая формула
Принцип метода заключается в следующем: свет от источника света разделяется на две части, одна из которых отражается эталонной плоской полированной поверхностью (зеркалом), а вторая исследуемой поверхностью. Если поверхности образуют малый угол, то между ними возникает оптический клин, в котором и возникает оптическая разность хода между двумя частями волны. Причём
, (3)
где – высота клина, а n – показатель преломления среды.
Так как высота клина , в разных его частях разная, то это приводит к возникновению светлых и тёмных полос, параллельных ребру клина. Светлые полосы наблюдаются в местах, где выполняется условие (1), а тёмные там, где выполняется условие (2). Две соседние тёмные (или светлые) полосы отличаются значением k в формулах (1) и (2) на единицу, т.е. различие в величине для соседних полос равно длине волны . Тогда по формуле (3) различие в высоте воздушного зазора, в местах возникновения двух соседних полос:
.
В случае воздуха , тогда: .
Каждая тёмная (или светлая) полоса соответствует одинаковой высоте зазора .
Интерференционная картина, возникающая при наложении (сложении) двух пучков света, отраженных от исследуемого объекта и эталонного зеркала, соответственно, представлена на рис. 4.
а) б)
Рис.4. Вид характерной интерференционной картины
а) – от полированной поверхности металла с нанесенным штрихом глубиной Н = 0,55 мкм;
б) – от шероховатой поверхности детали, обработанной прямолинейно движущемся режущим инструментом
Если где-то на исследуемой поверхности имеется канавка (или выступ), то это нарушает интерференционную картину в этом месте и приводит к искривлению полос. Причём направление изгиба говорит о том выступ это или канавка, а величина искривления позволяет судить о высоте неровности. Если нижняя сторона рис. 4а соответствует меньшей толщине клина, а верхняя большей, то искривление интерференционных полос вниз соответствует выступу, а вверх – канавке. Очевидно, величина изгиба в одну полосу, соответствует изменению оптической разности хода на величину равную длине волны , и изменению высоты на .
Если величина искривления полос равна d, а ширина одной полосы b, то высота неровности очевидно определяется по формуле:
. (4)
4. Измеряемый объект
Измеряемым объектом по указанию преподавателя является один из двух:
а) полированная стальная пластина с нанесенным штрихом;
б) стеклянная пластина с рельефом, образованным напыленной пленкой.
5. Экспериментальная установка
Лабораторная установка представляет собой промышленный микроинтерферометр МИИ-4М.
Упрощённая оптическая схема установки приведена на рис.5. Она содержит следующие элементы:
источник света, в качестве которого используется галогенная лампа расположенная в выносном блоке;
светофильтр для получения монохроматического излучения с длиной волны λ = 0,532 мкм;
светоделитель, в качестве которого используется стеклянный куб с полупрозрачным зеркальным слоем;
полупрозрачное зеркало, расположенное по диагонали стеклянного куба;
объектив;
исследуемая поверхность;
окуляр, через который наблюдают исследуемую поверхность и интерференционную картину;
вспомогательный объектив;
эталонное зеркало, установленное с возможностью плавного малого изменения угла наклона поверхности по двум координатам.
Свет от источника (1) (рис. 5) попадает на светоделитель (3), представляющий собой стеклянный куб, внутри которого находится полупрозрачный слой (4). Полупрозрачный слой делит исходный пучок на два: первый – отраженный – проходит через объектив (5), отражается от исследуемой поверхности (6) назад, и снова пройдя через светоделитель, попадает в окуляр (7); второй, прошедший через вспомогательный объектив (8), попадает на зеркало (9), отражается назад и от полупрозрачного слоя (4) проходит в окуляр (7). Таким образом, через окуляр (7) наблюдается плоскость изображения (10), в которой складываются два когерентных пучка, имеющие оптическую разность хода , определяемую высотой неровностей и углом наклона исследуемой поверхности относительно зеркала.
Рис.5. Оптическая схема микроинтерферометра
Внешний вид прибора представлен на рис.6.
Микрометрический винт 2
Рукоятка 1
Кольцо 3
Контргайка 4
Винт 5
Винт 10
Винт 8
Окулярный микрометр 11
Выключатель лампы
Кольцо 9
Рис.6. Внешний вид прибора.