Методическое пособие для подготовки к лабораторным работам по темам: Волновая оптика. Квантовая оптика. Квантовая механика и ядерная физика

Содержание

Содержание.. 1

Часть I. Механика.. 4

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ОСНОВНОГО ЗАКОНА ДИНАМИКИ ДЛЯ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ТЕЛА. 4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОМЕНТА ИНЕРЦИИ. 24

ФИЗИЧЕСКОГО МАЯТНИКА. 24

Определение ускорения свободного падения. 31

с помощью оборотного маятника. 31

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОМЕНТА ИНЕРЦИИ СИСТЕМЫ ТЕЛ. 38

С ПОМОЩЬЮ МАЯТНИКА  ОБЕРБЕКА. 38

Часть II. Колебания и волны... 45

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЛОГАРИФМИЧЕСКОГО ДЕКРЕМЕНТА  КОЛЕБАНИЙ МАЯТНИКА. 45

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ ЗВУКА В ВОЗДУХЕ  МЕТОДОМ СТОЯЧИХ ВОЛН. 53

Часть III. Молекулярная физика, термодинамика, явления переноса.. 63

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОШЕНИЯ ТЕПЛОЕМКОСТЕЙ. 63

  ПО МЕТОДУ  КЛЕМАНА И ДЕЗОРМА. 63

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ. 73

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СРЕДНЕЙ ДЛИНЫ СВОБОДНОГО ПРОБЕГА И ЭФФЕКТИВНОГО ДИАМЕТРА МОЛЕКУЛ ВОЗДУХА. 78

Часть IV. Электростатика.. 89

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ. 89

ИЗМЕРЕНИЕ ЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРОВ. 99

Часть V. Постоянный электрический ток.. 107

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭДС ИСТОЧНИКА ПОСТОЯННОГО ТОКА. 107

МЕТОДОМ КОМПЕНСАЦИИ. 107

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ РАСТВОРА ЭЛЕКТРОЛИТА. 113

СНЯТИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ТРЕХЭЛЕКТРОДНОЙ. 123

ЛАМПЫ. 123

ИЗУЧЕНИЕ  ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО  СОПРОТИВЛЕНИЯ. 132

МЕТАЛЛОВ. 132

Часть VI. Магнитное поле.. 141

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ  НАПРЯЖЕННОСТИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ. 141

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ЗАРЯДА ЭЛЕКТРОНА МЕТОДОМ ФОКУСИРОВКИ ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ.. 146

СНЯТИЕ КРИВОЙ НАМАГНИЧИВАНИЯ ЖЕЛЕЗА. 153

ИССЛЕДОВАНИЕ  НАМАГНИЧИВАНИЯ  ФЕРРОМАГНЕТИКОВ. 161

Часть VII. Электрический ток в различных средах.. 167

ИЗУЧЕНИЕ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ. 167

КAЛИБРОВКА ТЕРМОПАРЫ.. 167

ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОВ. 174

СНЯТИЕ ВОЛЬТАМПЕРНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ. 182

ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ДИОДА. 182

СНЯТИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО.. 187

ТРИОДА (ТРАНЗИСТОРА) 187

ИЗУЧЕНИЕ ЭФФЕКТА ХОЛЛА. 196

Часть VIII. Волновая оптика.. 209

ОпределениЕ фокусного расстояния. 209

собирающей и рассеивающей линз. 209

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРА ПРИ ПОМОЩИ. 216

ФОТОМЕТРА ПУЛЬФРИХА И ФОТОЭЛЕКТРОКОЛОРИМЕТРА. 216

ФЭК-56. 216

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ И. 234

ДИСПЕРСИИ ЖИДКОСТИ РЕФРАКТОМЕТРОМ ИРФ-23. 234

ИЗУЧЕНИЕ СПЕКТРОВ ИЗЛУЧЕНИЯ ПРИ ПОМОЩИ МОНОХРОМАТОРА УМ-2. 245

Изучение характеристик спектральной призмы.. 254

с помощью гониометра. 254

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИН ВОЛН С ПОМОЩЬЮ ОТРАЖАТЕЛЬНОЙ ДИФРАКЦИОННОЙ РЕШЕТКИ. 263

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ВРАЩЕНИЯ И КОНЦЕНТРАЦИИ. 271

ОПТИЧЕСКИ АКТИВНОГО РАСТВОРА ПРИ ПОМОЩИ ПОЛЯРИМЕТРА. 271

ИЗУЧЕНИЕ ДИФРАКЦИИ СВЕТА ОТ УЗКОЙ ЩЕЛИ. 288

Часть IX. Квантовая оптика.. 300

ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОСТОЯННОЙ СТЕФАНА-БОЛЬЦМАНА С ПОМОЩЬЮ ОПТИЧЕСКОГО ПИРОМЕТРА. 300

ИЗУЧЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ФОТОЭЛЕМЕНТА. 309

Часть X. Квантовая механика и ядерная физика.. 324

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ ВОЛНЫ ОПТИЧЕСКОГО.. 324

КВАНТОВОГО ГНЕРАТОРА  С ПОМОЩЬЮ ЯВЛЕНИЯ ДИФРАКЦИИ. 324

ИССЛЕДОВАНИЕ проникающей способности β-частиц и Определение их максимальной энергии. 334

Приложения.. 344

ИЗМЕРЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН. 344

ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ И РАЗМЕРНОСТИ ФИЗИЧЕСКИХ  ВЕЛИЧИН. 371

КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ. 384

ОБ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРАХ. 384

 

Часть VIII. Волновая оптика

ОпределениЕ фокусного расстояния

собирающей и рассеивающей линз

Цель работы: определить фокусное расстояние собирающей и рассеивающей линз.

Приборы и принадлежности: оптическая скамья, собирающая и рассеивающая линзы, осветитель, экран с нанесенной меткой (предмет), миллиметровая шкала.

Теоретическое введение

Прозрачное тело, ограниченное двумя сферическими поверхностями, называется линзой. Прямая, проходящая через центры сферических поверхностей, называется главной оптической осью линзы. Если толщина линзы пренебрежимо мала по сравнению с радиусами кривизны ее поверхностей R₁ и R₂ и расстоянием от предмета до линзы a, то линзу называют тонкой. Точка С (рис.1) – оптический центр линзы. Лучи света проходят через оптический  центр линзы без преломления. Прямые, проходящие через оптический центр линзы, называются оптическими осями линзы. Оптическая ось, проходящая через центры сферических поверхностей линзы, называется главной оптической осью. Лучи, идущие параллельно главной оптической оси, после преломления в линзе собираются в точке, называемой фокусом линзы (рис.1). Очевидно, что у линзы имеется два фокуса (передний и задний). Рассеивающая линза обладает мнимыми фокусами. Расстояние между фокусом и оптическим центром линзы называется фокусным расстоянием f. Величина, обратная фокусному расстоянию, называется оптической силой линзы D. Оптическая сила линзы измеряется в диоптриях (1Дптр=1м^-1) и для тонкой линзы вычисляется по формуле:

                     ,                        (1)

где  n_л - абсолютный показатель преломления линзы,

n_ср -абсолютный показатель преломления среды,

       R₁ и R₂- радиусы кривизны линзы.

Знак правой части формулы определяет оптические свойства линзы. При положительной правой части линза является собирающей, при отрицательной – рассеивающей. Формула тонкой линзы может быть записана в виде:

,                                                     (2)

где  f – фокусное расстояние, a - расстояние от предмета до линзы, b -расстояние от изображения до линзы.

Условились, что b>0, если изображение действительное, и b<0, если изображение мнимое, а также f>0, если линза собирающая, и f<0, если линза рассеивающая.

Для построения изображения в линзе используют лучи, ход которых известен (рис.2).

1.  Луч, параллельный главной оптической оси, после преломления в линзе проходит через фокус.

2.  Луч, идущий через центр линзы, не меняет своего направления.

3.  Луч, идущий через фокус, после преломления идет параллельно главной оптической оси. Для построения изображения можно использовать любые два луча.

Линейным увеличением предмета в тонкой линзе называется отношение линейных размеров изображения и предмета.    Из подобия треугольников DABC и DA′B′C следует, что

,    

На  рис.3 даны примеры построения изображения предметов в различных линзах (пунктиром показано построение мнимого изображения предмета).

Описание установки

Для определения главного фокусного расстояния линзы используют простую установку, состоящую из оптической скамьи, снабженной миллиметровой шкалой, исследуемой линзы, предмета (освещенного лампой матового стекла с нанесенной на него меткой) и экрана, которые могут перемещаться вдоль скамьи.

Порядок выполнения работы.

I часть.           Определение фокусного расстояния собирающей линзы.

1. Расположить приборы на оптической скамье так, чтобы линза находилась между предметом и экраном. Экран поместить на возможно большем расстоянии от предмета.

2. Перемещая линзу вдоль скамьи, найти отчетливое изображения предмета АВ на экране и отметить по шкале расстояния a и b.

3. Меняя положение экрана и линзы, повторить измерения пять раз, полученные значения занести в таблицу результатов измерений.