Рекомендации по методике проведения лабораторных работ

Выполнение работы состоит из трех основных этапов.

1. Внелабораторная самостоятельная подготовка студентов включает в себя изучение теории, установки, отдельных приборов и узлов по описа-нию, чертежам и схемам, а также поиск информации в Интернете по клю-чевым терминам. Этот этап заканчивается подготовкой информационной части отчета, которая содержит: номер и название работы; цели работы; основные расчетные формулы с расшифровкой величин; составление блок-схемы установки, принципиальных схем отдельных блоков и узлов, форм таблиц для записи результатов измерений и их обработки; милли-метровки для графиков.

2. Работа в лаборатории начинается с изучения характеристик отдель-ных приборов и узлов, сопоставления их с блок-схемой и уяснения взаи-модействия этих приборов и узлов. Их основные характеристики записы-ваются в отчет. Затем устанавливается оптимальный режим работы при-боров и установки и проводятся измерения с учетом возможностей прибо-ров и ожидаемого результата.

3. Полученные результаты обрабатываются и анализируются, т.е. со-поставляются с теорией, табличными данными или с оценкой порядка ис-комой величины. Определяются абсолютная и относительная погрешно-сти, а также источники систематических погрешностей. В конце работы делается краткий вывод о том, что и каким методом определялось, приво-дятся данные результатов и измерений (расчетов) с указанием погрешно-стей.

3

Лабораторная работа № 3-01

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ СТЕКЛА ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫМ МЕТОДОМ

Цель работы: определить показатель преломления стекла, используя явление интерференции света в стеклянной плоскопараллельной пластине.

Приборы и принадлежности: неоновый лазер ЛГ-72 (длина волны излуче-ния = 6328 Å) с источником питания ИП-13; стеклянная плоскопараллельная пластина; матовый экран с короткофокусной линзой.

Теоретическое введение

Рассмотрим интерференцию света при отражении от тонкой плоскопа-

	раллельной		пластины
	(рис. 1.1).
		На пластину толщи-
	ной h падает параллель-
	ный	монохроматический
	пучок	света	1 с длиной
	волны . Пластина отра-
	жает вверх два параллель-
	ных пучка света, один из
	которых (пучок 2) образует-
	ся в результате отражения
	от верхней		поверхности
Рис. 1.1	пластины, другой (пучок 2 )

– вследствие отражения от нижней поверхности (на рисунке каждый из этих пучков представлен толь-ко одним лучом). При входе в пластину и при выходе из нее пучок 2 пре-терпевает преломление. Лучи 2 и 2 когерентны, т.к. они идут от одного источника света.

Оптические длины путей лучей 1 и 2 до точки наблюдения С отсчи-тываются от фронта падающей волны АВ. Оптическая разность хода этих

лучей
2h n 2 sin 2
				,	(1.1)

2

где h – толщина пластины; n – показатель преломления стеклянной пла-стины; – длина волны света; – угол, под которым луч падает к нор-мали поверхности.

Если разность хода лучей равна четному числу полуволн, то свето-вые лучи при наложении будут усиливать друг друга. Если же равна не-четному числу полуволн, то эти лучи будут взаимно ослабляться. Поэтому

4

условия максимумов и минимумов интенсивности света, отраженного от пло-скопараллельной пластины, имеют такой вид:

2h n 2

sin 2

( 2 m 1)

– условие максимума;

(1.2)

2

2h

n 2 sin 2

m – условие минимума,

(1.3)

где m – целое число (m = 0; ±1; ±2…).

На рис.

1.2

изображена

оптическая схема

установки, где

1 - лазер; 2 - короткофокусная линза; 3 - экран; 4 - плоскопараллельная пла-стина.

Рис. 1.2

Большая пространственная и временная когерентность лазерного излучения позволяет применять лазерный световой пучок мощностью в несколько милливатт для наблюдения интерференционных полос равного наклона в достаточно толстой плоскопараллельной пластине.

Для наблюдения интерференции в отраженном свете используют со-бирающую линзу 2 и экран 3, расположенный в фокальной плоскости лин-зы (рис 1.2). Если поверхности пластины строго параллельны, то в зави-симости от угла падения монохроматического света на экране будет наблюдаться интерференционная картина, которая имеет вид чередую-щихся темных и светлых полос. Каждой из этих полос соответствует определенное значение угла падения , поэтому образующиеся линии называются линиями равного наклона.

В случае, если оптическая ось линзы перпендикулярна поверхности пластины, полосы равного наклона имеют вид концентрических колец с центром в главном фокусе линзы.

Условие m-минимума при интерференции в отраженном свете мож-но выразить через угол преломления :

2hncos m m .	(1.4)
Для другого минимума, отстоящего от m-го на k	порядков, запишем
5

аналогично:

2hncos _{m k} (m k ) .

Взяв разность этих выражений, получим

2hn cos _{m k} cos _m k .

Для малых углов m k и m	функции cos m k			и cos m
ряд и ограничимся первым приближением cos 1					2	, тогда
				2
		β 2 m+k β2m
cosβ m+k cosβ m	=		.
	2

(1.5)

разложим в

(1.6)

Угол преломления связан с углом падения (для малых углов) следу-ющим образом:

n=

sinαm

=

αm

.

(1.7)

sinβ m

βm

Из ОВС, изображенного на рис. 1.2, следует, что

α

m

=

Rm

,

(1.8)

2L

L – расстояние от стек-

где Rm – радиус темного кольца m-гo порядка;

лянной пластины до экрана.

Подставив формулы (1.6) – (1.8) в соотношение (1.5), получим

n=	h(R 2	m+k	R 2	m	)		(1.9)
						.
		4kL2λ

Измерив радиусы двух темных интерференционных колец, толщину пластины и расстояние между пластиной и экраном, по формуле (1.9) можно рассчитать показатель преломления стекла.