Описание установки

Лабораторный оптический комплекс ЛКО-5

Рис.2

Каркас установки состоит из двух боковин 1, стянутых опти­ческой скамьей 2 плитой-основанием и задней стенкой. Вдоль каркаса размещена оптическая скамья 2, состоящая из двух рельс. Оптическая ось установки расположена отно­сительно оптической скамьи на высоте 45 мм от верхнего края рельс. Излучатель 3 (лазер в держателе с 5 степенями свободы) уста­новлен на оптической оси установки над оптической скамьей.

На задней стенке и на боковым стенках каркаса размещен белый экран 4.

Лазер, смонтированный со схемой стабилизации тока в оправе и закреплен подвижно в корпусе (рис.3). Корпус установлен на двух стойках. Двумя передними винтами 1 и двумя задними винтами 2, лазер можно перемещать относительно корпуса, подбирая нужное положение и направление пучка излучения.

Излучатель с лин­зой-насадкой на оптической скамье

Рис.3

Стол поворотный (рис.4 ) предназначен для установки объектов с возможностью поворота вокруг вертикальной оси, а также для отсчета угловых координат и углов поворота. Поворот стола производится ручкой 1. Отсчет угловых координат производится по основной шкале 2 (цена деления 2^о) и нониусу 3 (цена деления 0,5^о). Рычаг 4 поворачивают до совпадения его вертикальной риски с одним из делений основной шкалы и снимают отсчет по основной шкале. К полученному значению прибавляют отсчет по нониусу. Таким методом можно снимать отсчеты с разрешением 0,1^о при погрешности порядка 0,2^о. Углы поворота определяют как разности угловых координат.

Объекты вставляют в кронштейны 5. Винтом 6 регулируют наклон платформы стола и установленного на столе объекта.

Рис. 4

Фотодатчик (рис.5) содержит фотодиод в светонепроницаемой оправе 1 с входным окном (отверстие диаметром 3 мм) в экране 2. Датчик установлен на стандартном экране 3 размерами 40х80 мм, который вставляется в кронштейны поворотного стола. При этом окно датчика оказывается на уровне оптической оси установки.

Рис.5

Настройка установки

Настройка установки заключается в фиксации лазерного луча и центров оптических элементов на оптической оси установки. Совместную настройку группы оптических элементов называют юстировкой.

Юстировка. Придвиньте поворотный стол с установленным в нем фотодатчиком к излучателю. Поворотом передних винтов излучателя (рис.4) совместите центр пятна излучения лазера с центром окна фотодатчика.

Отодвиньте поворотный стол с фотодатчиком как можно дальше от излучателя. Поворотом задних винтов излучателя (рис.2) совместите центр светового пятна с центром окна излучателя. Операцию юстировки повторите 2-3 раза. Пока смещение светового пятна от номинального положения при перемещении фотодатчика не окажется меньше радиуса входного отверстия фотодатчика.

Теория метода выполнения лабораторной работы

При прохождении светового пучка через преломляющую призму с углом преломления θ существует угол наименьшего отклонения от начального направления φ_min которые связаны с показателем преломления призмы соотношением

(1)

При наименьшем угле отклонения φ_min угол ; поэтому и формула (1) записывается

(2)

Рис.6

Порядок выполнения лабораторной работы

1. Включить установку в сеть переменного тока 220 В.

2. Произвести настройку установки (см. "Настройка установки").

3. Установите на оптическую скамью поворотный стол и вставьте до упора в кронштейны призму-флинт.

4. Поворачивая стол, направьте отраженный от грани АD луч навстречу падающему, совместив его на зеркале лазера (из двух лучей выбираем верхний). При этом фиксируется положение нормали к грани призмы.

5. Снимите соответствующий отсчет угловой координаты α для грани АD, β для грани АF призмы.

6. Определите преломляющий угол θ призмы для граней АD и АF (один из методов расчета предлагается).

Р ассмотрим выпуклый четырехугольник АВОС (рис 7).

Сумма внутренних углов выпуклого многоугольника равна ,

где d = 90^о, n- число сторон.

Для четырехугольник АВОС

n = 4, следовательно

.

Так как

Рис.7

откуда

угол .

Определив положение нормали к грани АD, поворачивайте стол с призмой в направлении показанном на рис.8 до остановки движения луча на экране, что соответствует положению наименьшего отклонения луча от начального направления.

Угол θ является преломляющим углом призмы.

Тогда .

Рис.8

7. Зафиксируйте на поворотном столике угловую координату i₁, аналогично определите угол i₂ для другой грани. Тогда угол падения .

8. Результаты измерений занести в таблицу:

П р и з м а - к р о н
α	β	θ	i1	i2	iср	n
П р и з м а – ф л и н т

9. Определите показатель преломления призмы по формуле

Вопросы для самопроверки

1. Сформулируйте основные законы геометрической оптики.

2. Как связаны показатель преломления среды и скорость распространения света в ней?

3. Что называется абсолютным и относительным показателем преломления?

4. Выведете закон преломления света.

5. Изменится ли скорость света в оптически прозрачной среде, если изменить температуру среды?

литература

1. Трофимова, Т.И.. Курс физики [Текст]: учеб.пособ./Т.И.Трофимова.- М: Академия, 2004.- 560с.

2. Савельев, И.В. Курс общей физики [Текст]: в 5-ти кн.: учеб.пособ. / И.В. Савельев.- М.: Астрель: АСМ, 2005. кн.4: Волновая оптика -256с.