оптика / Лабораторки

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН

ка

АЛЬМЕТЬЕВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ИНСТИТУТ

о

т

е

Н.К. Двояшкин, А.А. Ушаков, Р.Р. Кабиров, С.С. Морякова, Г. А. Хасанова,

А.Х. Новикова, А.В. Филиппов, Н.М. Азанчеев, З.З. Мухе динова

б

и

физика

Оптика. Атомная и ядернаял

б

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМи

ая

по дисциплине «ФИЗИКА»

н

для бакалавров тех ических направлений подготовки

о

н

всех форм обучения

к

т

р

е

л

Э

Альметьевск 2012

УДК 53

ка

Д 24

Под редакцией: д.ф.-м.н., профессора Двояшкина Н.К.

Оптика.

Атомная

и

ядерная физика: Лабораторный

практи ум по

е

дисциплине «Физика» для бакалавров технических направлений подготов и

всех форм

обучения.

–

Альметьевск: Альметьевский

государств нный

нефтяной институт, 2012.- 88с.

о

т

В

практикум

и

«Определение

входит 11 лабораторных раб т: №1

показателя преломления стекла с помощью микроскопа»,

№2

«Определение

л

фокусного расстояния собирающей и рассеивающей л нз», №3 «Изучение

законов

освещенности»,

№4 «Изучение интерференции

света с помощью

бипризмы Френеля»,

№5

б

«Определение длины световой волны с помощью

Френеля на круглом отверстии. Дифракц я Фраунгофера на

щели», №9

«Определение

постоянной

Стефана-Больцмана»,

№10 «Изучение свойств

и

фотоэлементов с внешним и внутренним фотоэффектом», №11 «Призменный

монохроматор.

Изучение

атомных спектров.

Определение

постоянной

Ридберга».

б

Данный практикум составлен из лабораторных работ изданных ранее.

Е.А.

ая

Печатается по реше ию учебно-методического совета АГНИ.

н

н

Рецензенты:

Азанчеев Н.М. - к.ф.-м.н., доцент кафедры образовательных технологий в

физике института физике института физики КФУ.

о

Гуревич В.М.- к.г.-м.н., доцент кафедры геологии АГНИ.

е

к

т

р

л

Э

© Альметьевский государственный

нефтяной институт, 2012

2

б) список приборов и принадлежностей;

и

в) ход (последовательность) выполнен я работы;

б

а) Какова цель работы?

б) Каким образом она (эта цель) будет достигаться (т. е. рассказать

последовательность действий экспериментатораая

при выполнении работы)?

11) Перед защитой лабораторной работы студент

должен предъявить

оформленный отчёт о работе. Отчёт о работе состоит из:

ка

а) титульного листа;

б) перечня приборов и принадлежностей;

в) основных расчётных формул с пояснением смысла величин, входящих

в них;

т

е

г) расчёта искомых величин;

д) таблицы данных опыта и результатам вычислений;

о

е) графиков;

ж) вычисления погрешностей;

и

з) выводов и анализа результатов.

Титульный лист оформляется по образцу. Отчёт заполняется чернилами.

л

плавную кривую,

которая проходит по возможности максимально близко к

б

этим точкам так, чтобы с обеих сторон кривой находилось примерно

одинаковое количество точек.

В выводах следует ответить на вопросы:

ая

а) справедливость каких законов подтверждают проведённые опыты?

б) измерение каких величин дало наибольшую ошибку, наименьшую?

в) как следует выполнять работу, чтобы ошибка результата была по

возможности наименьшей?

н

н

Во время работы в лаборатории студент обязан выполнять правила по технике

безопасности, что

фиксируется подписью в книге инструктажа по технике

безопасности.

р

о

е

к

т

л

Э

4

Образец титульного листа протокола лабораторной работы

ка

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН

о

т

е

Альметьевский государственный нефтяной инс и ут

КАФЕДРА ФИЗИКИ

л

и

ЛАБОРАТОРИЯ

ОПТИКИ.

б

и

б

№ РАБОТЫ

АТОМНОЙ И

ЯДЕРНОЙ

ФИЗИКИ

ФАМИЛИЯ

ая

ДОПУСК

(дата, подпись

лаборанта или

СТУДЕНТА

преподавателя)

ВЫПОЛНЕНА

(дата, подпись

лаборанта или

преподавателя)

ГРУППА

о

н

н

ЗАЧТЕНА

(дата, подпись

преподавателя)

е

к

т

р

(НАЗВАНИЕ РАБОТЫ)

Э

л

г. Альметьевск 20__ г.

5

Правила техники безопасности

ка

1)

К работе в лаборатории физики допускаются лица,

прошедшие

2)

инструктаж по охране труда.

е

Лица, допущенные к работе в лабораториях физики, должны соблюдать

правила внутреннего трудового распорядка, расписание учебных занятий.

3)

т

Подготовить к работе необходимое оборудование и приборы, пров рить

их исправность, убедиться в наличии заземления электроус ановок.

4)

Тщательно проветрить помещение в лабораториях физики.

5)

Пребывание обучающихся в лабораториях кафедры физики разрешается

только в присутствии преподавателя или лаборанта кафедры физики.

6)

Лабораторные работы, лабораторный практикум обучающиеся проводят

только в присутствии преподавателя физики или лаборантао.

7)

Запрещается пользоваться разбитой или треснутой стеклянной посудой,

применять приборы и устройства, не соответствующиеи

требованиям

безопасности

труда,

а также самодельные

приборы.

Не

применять

и

оборудование, приборы, провода и ка ели с открытымил

токоведущими

частями.

работающб

8) Не оставлять

без

присмотра

е

электронагревательные

приборы, запрещается пользоваться приборами с открытой спиралью.

9)

Все электрические приборы должны иметь указатели напряжения, на

которое они рассчитаны.

ая

б

10) Категорически запрещается применять бензин в качестве топлива в

спиртовках.

н

11) Для проведения лабор торных работ и лабораторного практикума

запрещается

выдавать

н

студент м

приборы с

надписью

на их панелях

«Только для проведения опытов преподавателем».

12)

При

обнаружении

еисправности

в работе

электрических

устройств,

находящихся

о

апряжением,

немедленно

отключить

источник

под

электропитания и сообщить преподавателю или лаборанту.

р

13) При коротк м замыкании в электрических устройствах и их загорании,

немедленно

отключить их от сети, сообщить

о

пожаре

в ближайшую

т

пожарную часть и приступить к тушению очага возгорания с помощью

углекисло ного огнетушителя или песком.

14)

к

В случае, если разбилась лабораторная посуда или приборы из стекла,

не собирать их осколки незащищенными руками, а использовать для этой

е

цели щет у и совок.

15)

При

получении

травмы оказать

первую

помощь

пострадавшему,

л

сообщить об этом лаборанту или преподавателю и в медпункт.

Э

6

Цель работы: ознакомиться с работой

микроскопа и с

го помощью

определить показатель преломления стекла.

ка

Приборы и принадлежности: измерительный микроскоп с

микрометрическим винтом, микрометр, измеряемые стеклянные пласе

инки со

штрихами на обеих поверхностях, осветитель.

о

т

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ

При прохождении света через ровную и плоскую границу двух прозрачных

и

веществ неодинаковой оптической плотности, падающий луч света АО

разделяется на два луча - отраженный луч ОВ и преломленный луч ОД.

А

Р

б

л

i

i

В

υ1

ая

б

и

среда 1

υ2

O

среда 2

(более плотная)

н

r

Р

Д

Рис. 1

Направления этих лучей определяется следующими законами отражения и

преломления света:

н

1. Луч АО, падающий на

преломляющую поверхность,

нормаль к

о

поверхности в точке падения POP; луч отраженный ОВ и луч

преломленный ОД лежат в одной плоскости.

р

2. Угол отражения РОВ численно равен углу падения РОА. Синус угла

т

падения i относится к синусу угла преломления r, как скорость света в

п рвойксреде υ1 относится к скорости света во второй среде υ2:

Э

л

е

sin i

=

υ1

sin r

υ2

7

Последний закон говорит о том, что свет распространяется в различных

средах с различной скоростью.

Для двух данных сред и для луча данной длины волны отношение скорости

света в среде 1 к скорости света в среде 2, или отношение синуса угла п дения к

синусу угла преломления есть величина постоянная, т.е.

ка

υ1

= const = n21;n21

= sin i

υ2

sin r

Величина n21 называется относительным показателем (коэффициентоме

)

преломления

второй

среды

по отношению

к

первой.

Если

дна

из сред,

т

например, 1 - вакуум или воздух, то показатель преломления n данн й среды 2,

по отношению к вакууму называется абсолютным показателем преломления.

Абсолютный показатель преломления среды 2 (рис.1)

и

о

n = с

л

υ

где с — скорость света в вакууме (с=3×108 м/сек)

υ2 - скорость света в данной среде 2, т.е. показатель преломления среды есть

б

отношение скорости света в вакууме к скорости света в данной среде:

и

n21 = υ1 = n2 × c = n2

υ2

n1 ×бc

n1

Для определения показателей преломления веществ существуют различные

методы. Одним из них является метод определения показателя преломления

стекла при помощи микроскопа.

В основе метода лежит явлеаяие кажущегося уменьшения стеклянной

пластинки вследствие преломления световых лучей, проходящих в стекле при

рассматривании пласти ки ормальнон

к ее

поверхности. Схема пр х ждения лучей через стеклянную пластинку дана на

рис. 2.

т

р

о

н

к

r

Д

Воздух

С

е

h

Е

r

i

л

стекло

Н

n

i

Э

А

Воздух

1

r

2

Рис. 2

8

кажется, что лучи в стекле пересекаются не в точке А, а в точке Е, т. . толщина

ка

пластинки будет казаться равной СЕ. Из рис. 2 видно, что кажущаяся толщина

е

пластинки CE=h меньше истинной, т.е. действительной ее толщины СА=Н. Для

лучей, близких к нормально падающим лучам, углы падения и преломления

малы. В это случае синусы можно заменить тангенсами ти по закону

преломления света написать (рассматривая обратный ход лучей. т.е. от Д к А):

sin r

tgr

и

о

ncm =

=

sin i

tgi

При рассмотрении рисунка и после соответствующихл

преобразований

имеем:

б

ncm = CO × H

ли n =

H

CO × h

и

h

Следовательно, показатель (коэффициент) преломления стекла можно найти

ая

б

h = (NZ ± 0,002 × m) мм

ка

где N - число полных оборотов барабана винта,

Z = 0,002-50 - шаг винта,

е

50 - число делений в одном полном обороте барабана винта,

m - число делений в неполном обороте барабана,

т

0,002 - цена деления барабана винта.

Как видно, за один полный оборот барабана микроскопич ского винта,

тубус микроскопа перемещается на Z— 0,1 мм.

о

3.

Вычисляют показатель (коэффициент) преломления стекла по формуле:

n =

H

л

и

h

4.

б

Измерение истинной и кажущейся толщины п астинки производят не

менее 3-х раз, определяют среднее истинное значение показателя преломления

стекла.

и

№

H

Отсчет

б

Показатель

n

n=п± п

п/п

мм

микрометрическо

h = (NZ±0.002- • т) мм

преломления п

е о винта

N

т

ая

Контрольные вопросы:

н

н

1. Сформулируйте основ ые зако ы геометрической оптики. Вывод закона

преломления света.

о

2. Что называется от оситель ым и абсолютным показателями преломления

стеклянную пластинку н кажется расположенным ближе? Вывод рабочей

формулы.

р

красных и фиоле овых лучей, то для каких нужно будет больше опускать тубус

к

микроскопа?

4.

Когда относительная погрешность измерения показателя преломления будет

е

ой или толстой пластинке.

больше - при тонт

5.

Устройство микроскопа. Ход лучей в микроскопе и определение его

л

увеличения.

Э

10