- •Общая физика оптика
- •Работа 1. Измерение длины световой волны с помощью бипризмы френеля Общие сведения
- •Описание экспериментальной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Работа2. Исследование зависимости коэффициента поглощения жидкости от длины волны Общие сведения
- •Описание экспериментальной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Работа3. Определение показателя преломления воздуха интерферометром жамена Общие сведения
- •Описание экспериментальной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Работа4. Определение длины световой волны с помощью прозрачной дифракционной решетки Общие сведения
- •Описание экспериментальной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Работа5. Измерение разрешающей способности объектиВа Общие сведения
- •Описание экспериментальной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Работа6. Исследование поляризованного света Общие сведения
- •Описание экспериментальной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Работа7. Определение концентрации сахарного раствора сахариметром Общие сведения
- •Описание экспериментальной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Работа8. Изучение преломления света призмой. Изучение дисперсии света Общие сведения
- •Описание экспериментальной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Рекомендательный библиографический список
- •Содержание
Порядок выполнения работы
1. Определить удельное вращение для раствора сахара(эталонного раствора):
1) убедиться, что в прибор не вставлена трубка с сахарным раствором;
2) ввести в оптический канал красный светофильтр;
3) установить резкую границу между правой и левой половинками поля зрения передвижением окуляра зрительной трубки 5 (см. рис.4);
4) вращая ручку 4, перемещающую кварцевый клин, уравнять освещенности полей зрения в области полутени при темном поле зрения окуляра, так как лишь при этом условии малейший поворот рукоятки вызывает резкую смену соотношения освещенности обеих половинок поля зрения окуляра;
5) снять нулевой отсчет 0 по шкале, видимой в окуляр; повторить измерения три раза и определить среднее значение;
6) поместить в сахариметр трубку с раствором сахара известной концентрации и закрыть шторку; уравнять освещенность полей зрения при темном поле зрения окуляра; три раза измерить 1, соответствующий равенству освещенностей.
7) вычислить удельное вращение по формуле
ρ″ = ∕ (ℓС),
где ; значенияℓиСуказаны на трубке;
8) записать результаты измерений и вычислений в табл.1.
2. Определить концентрацию сахара в некотором растворе:
1) поместить в сахариметр трубку с раствором сахара, концентрацию которого надо определить, повторить измерения, описанные выше, записать значение 2;
2) вычислить угол поворота для испытываемого раствора ;
3) подставив полученные значения в формулу
Сx=x/ (ρ″ℓ),
(здесь ℓ – длина трубки) определить концентрацию сахара в растворе;
4) записать результаты измерений и вычислений в табл.2.
Таблица 1
Номер опыта |
0 |
1 |
|
| |
1. |
|
|
|
| |
2. |
|
|
|
| |
3. |
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
Среднее |
|
– |
– |
|
Таблица 2
Номер опыта |
0 |
1 |
|
| |
1. |
|
|
|
| |
2. |
|
|
|
| |
3. |
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
Среднее |
|
– |
– |
|
5) вычислить погрешность определения концентрации сахара в растворе.
Работа8. Изучение преломления света призмой. Изучение дисперсии света Общие сведения
Абсолютным показателем преломления некоторого вещества в электромагнитной теории называется число, показывающее, во сколько раз скорость волны в вакууме больше скорости волны в веществе: n = c/v.
Абсолютный показатель преломления связан с диэлектрической и магнитной проницаемостью среды следующим образом:
.
Дисперсией электромагнитного излученияназывают явление, обусловленное зависимостью показателя преломления вещества от длины волны (частоты)n=f(λ0), где λ0– длина волны излучения в вакууме.
Дисперсией веществаназывают производную показателя преломления по длине волныdn/dλ0.
Теория дисперсии построена на представлении об электроне, квазиупругосвязанном в атоме и испытывающем со стороны среды действие сил, аналогичных силам трения (модель Лоренца). В поле электромагнитной волны электрон, находящийся в электронной оболочке атома, совершает вынужденные колебания под действием гармонической силы с частотой, равной частоте волны. Колебания сопровождаются появлением гармонических ускорений в движении электрона. Ускоренно движущийся электрон, как известно из теории, излучает электромагнитную волну, частота которой равна частоте колебаний. Таким образом, ускоренно движущийся электрон излучает вторичную волну, отличающуюся по фазе от первичной. Первичная электромагнитная волна и волна, излученная электронами, складываются, и образуют результирующую волну, фазовая скорость которой отличается от ее скорости в вакууме. Чем ближе частота электромагнитного излучения к «собственной» частоте колебаний электрона в атоме, тем больше амплитуда колебаний электрона, и тем больше различие в скорости распространения волн в веществе по сравнению с вакуумом.
n2 = 1 + N/ε0,
где N– концентрация молекул вещества;eиm– заряд и масса электрона соответственно;0k– собственная частота колебаний электрона в атоме.
На частотах 0k(они еще носят название резонансных) происходит наиболее интенсивное поглощение излучения веществом.
Зависимость показателя преломления n от длины волны0представлена нарис.1. Здесь же приведена зависимость коэффициента поглощенияkот длины волны.
Прозрачные бесцветные вещества имеют в видимой части спектра функцию n(0) как на участкеАВ. Здесь дисперсия веществаdn/d0 отрицательна и возрастает по модулю с уменьшением0. В этом случае дисперсию называют нормальной.
В области сильного поглощения (в полосе поглощения) дисперсия dn/d0, наоборот, положительна. Увеличение показателя преломления с ростом0называют аномальной дисперсией (рис.1, заштрихованный участок).
Рассмотрим преломление света призмой. Пусть на грань АВ трехгранной призмыАВС(рис.2, а)падает луч света. После двукратного преломления на гранях луч выходит из призмы отклоненным от первоначального направления на угол, называемый углом отклонения. Угол при вершине призмыназывают преломляющим углом призмы. Угол отклонения зависит от угла падения1, преломляющего угла призмыи показателя преломления материала призмыn.
Рассмотрим случай симметричного хода луча через призму (рис.2, б). При этом1=2=, и1=2=, а угол отклоненияпринимает наименьшее значение и называется углом наименьшего отклонения.
sin/sin = n. (1)
Из треугольника DBEследует, что + 2(90–) = 180, откуда
= /2. (2)
Угол – внешний для треугольника DKE, следовательно, = 2( – ), или, с учетом равенства (2),
= (+)/2. (3)
n = [sin( + )/2]/[sin(/2)]. (4)
Таким образом, измерив преломляющий угол призмы и угол наименьшего отклонения, можно определить показатель преломления стекла, из которого изготовлена призма.
Поскольку показатель преломления зависит от длины волны, лучи, соответствующие волнам разной длины, будут преломляться в призме под разными углами (рис.3). Поэтому наблюдаемое изображение входной щели прибора в разных длинах волн видно под разными углами как набор вертикальных отрезков разного цвета. Это так называемый дисперсионный спектр.