Закон Ампера Земной магнетизм Проверка второго закона Ньютона Изучить затухающие колебания Интерференция света Естественный и поляризованный свет Оптическая пирометрия Внешний фотоэффект Изучение цепи переменного тока

Курс лекций и лабораторных по физике

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ СВЕТОВОЙ ВОЛНЫ

С ПОМОЩЬЮ ДИФРАКЦИОННОЙ РЕШЕТКИ

В работе применяется простейшая дифракционная решетка прозрачного типа. На плоскую стеклянную поверхность нанесены штрихи одинаковой формы. Оптическая схема всей установки по определению длины световой волны показана на рис.13. Она включает источник света , помещенный вблизи главного фокуса линзы  так, чтобы изображение лампы отчетливо проектировалось на шкале Н. Пучок лучей от линзы  проходит через дифракционную решетку. За решеткой, параллельно ее плоскости, помещается полупрозрачная шкала Н, служащая экраном, на котором наблюдается дифракционная картина.

Все элементы установки размещены на оптической скамье. Дифракционная решетка освещается белым светом нити лампы накаливания. Собирающая линза после дифракционной решетки отсутствует. Максимумы для любой длины волны и любого порядка будут иметь некоторую ширину MN. Спектр нулевого порядка имеет ширину , определяемую толщиной нити лампы. Если О – центр максимума нулевого порядка. А – центр максимума второго порядка для лучей определенного цвета, то  – расстояние между ними, отсчитываемое по шкале. Расстояние от решетки до экрана обозначим через Z. Тогда по основной формуле дифракционной решетки  может быть вычислена искомая длина волны:

 (14)

или

 (15)

 

 Рис.13.

Порядок спектра  принимает целые значения  но практически используются в основном спектры первого и второго порядков. Дифракционная решетка, применяемая в работе, имеет период .

Выполнение работы

Определение длины волны света (красного, желтого, зеленого, синего – по указанию преподавателя) должно производиться в следующем порядке:

1. Снять со скамьи рейтер с решеткой Д. Электрическую лампу и шкалу Н расположить на противоположных концах скамьи.

2. Перемещая линзу L вдоль оптической скамьи, добиться четкого изображения нити лампы на шкале Н вблизи ее середины.

3. Поставить решетку Д между линзой L и шкалой Н на значительном расстоянии от Н так, чтобы спектры были отчетливо видны.

4. Приступить к измерениям длины волны света, указанной преподавателем. Расстояние Z измеряется по шкале, расположенной вдоль скамьи. Вместо расстояния т x=ОА рекомендуется измерить расстояние , где  и  – центры соответствующих цветных полос в спектрах рассматриваемого порядка.

5. Произвести 10 измерений при пяти различных  (при каждом  берутся спектры первого и второго порядков).

6. По формуле (15) рассчитать длины волн. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу.

Контрольные вопросы

1.Что такое дифракция света?

2. В чем состоит принцип Гюйгенса и принцип Гюйгенса-Френеля?

3. Что такое зоны Френеля?

4. Объясните дифракцию Фраунгофера от одной щели.

5. Дифракция Фраунгофера на дифракционной решетке. Объясните картину дифракционных максимумов и минимумов.

6. Почему дифракционная решетка может служить дифракционным прибором?

7. Дайте определения дисперсии и разрешающей способности дифракционной решетки.

8. Объясните схему экспериментальной установки.

9. Опишите способ определения длины световой волны с помощью дифракционной решетки.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. 3 и с м а н Г.А.. Т о д е с О.М. Курс общей физики. М.:Физматгиз, 1972, т.З.

2. С а в е л ь е в И.В. Курс общей физики, М.: Наука, 1977.т.2.

3.Я в о р с к и й Б.М., Д е т л а ф А.А. Курс физики. М.:Высш. школа, 1979, т.З.

4. К о р т н е в А.В., Р у б л е в Ю.В., К у ц е н к о А.Н. Практикум по физике. М.:Высш.школа. 1965.

5. Физический практикум/Под ред.В.И.Ивероновой. М.:Высш.школа, 1962.

6. М а й с о в а Н.Н. Практикум по курсу общей физики. М.:Высш.школа, 1963.

Лабораторная работа 308(a)

ИЗУЧЕНИЕ ЭФФЕКТА ФАРАДЕЯ

Цель работы - изучить явление вращения плоскости поляризации света при его прохождении через вещество, на которое наложено магнитное поле.

Все вещества по способности вращать плоскость поляризации делятся на оптически активные и неактивные. Вещества, не обладающие естественной способностью вращать плоскость поляризации, приобретают такую способность под влиянием магнитного поля. Это явление, называемое эффектом Фарадея, наблюдается только при распространении света вдоль направления магнитного поля (точнее – вдоль вектора намагниченности).

Угол поворота j плоскости поляризации пропорционален пути l, проходимому светом в веществе и напряженности магнитного поля H:

 (9)

Коэффициент V называется постоянной Верде или удельным магнитным вращением. Постоянная Верде зависит от длины волны l падающего света

, (10)

где А и В – некоторые постоянные, зависящие от свойств вещества, а также от температуры.

Направление вращения определяется по отношению к направлению магнитного поля. Вещества, поворачивающие плоскость поляризации вправо относительно направления силовых линий магнитного поля, называются правовращающими или положительными. Соответственно, вещества, поворачивающие плоскость поляризации влево, называются левовращающими или отрицательными. Причем знак угла вращения j не зависит от направления луча. Следовательно, если, отразив луч зеркалом, заставить его пройти через намагниченное вещество еще раз в обратном направлении, то поворот плоскости поляризации удвоится.

Вращение плоскости поляризации обусловлено возникающей под действием магнитного поля прецессией электронных орбит атомов вещества. Прецессия электронов приводит к тому, что скорость вторичных электромагнитных волн с различным направлением круговой поляризации становится неодинаковой, в результате плоскость поляризации поворачивается. В данной работе в качестве вещества, поворачивающего плоскость поляризации под воздействием магнитного поля, используется дистиллированная вода.

Описание прибора


Для наблюдения эффекта Фарадея используется поляриметр 1 типа СУ-2, принцип действия и оптическая схема которого описаны в работе 308. Поляриметр включается в сеть 220 В через понижающий трансформатор 7 (рис. 23). В камеру 3 поляриметра помещается поляриметрическая трубка 2 с намотанным на нее соленоидом, заполнена дистиллированной водой. При пропускании тока через соленоид создается продольное магнитное поле, под действием которого происходит вращение плоскости поляризации света, проходящего через дистиллированную воду. Блок питания 4 соленоида включается в сеть 220 В. Сила тока, проходящего через соленоид, регулируется вращением рукоятки 6 и регистрируется амперметром 5.

Порядок выполнения работы

Включить трансформатор 7 и блок питания 4 соленоида в сеть 220 В.

Перед началом измерений необходимо определить нулевое показание поляриметра j0, следуя указаниям работы 308 на с. .

Включить тумблер «Сеть» блока питания 4 соленоида.

Измерить угол поворота плоскости поляризации j при различных значениях силы тока I соленоида, приведенных в табл. 4. Процедура измерения угла поворота j подробно описана в работе 308, с. . Она сводится к выравниванию освещенности поля зрения в зрительной трубе 8 (рис. 23). Измерения при относительно больших токах (2,5 и 3 А) следует произвести быстро, чтобы избежать перегрева соленоида.

По окончании измерений довести показание амперметра 5 с помощью рукоятки 6 до нулевого значения. Выключить тумблеры.

Для заданных величин силы тока I определить соответствующие значения напряженности H магнитного поля с помощью градуировочного графика, закрепленного на рабочем столе. Данные измерений занести в табл. 4.

Таблица 4

I, A

0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

H, A/м

j, град

Построить график j(H) зависимости угла поворота j плоскости поляризации от напряженности магнитного поля H.

С помощью графика определить постоянную Верде V (см. формулу (9)). Длина трубки с раствором l = 0,40 м.

Контрольные вопросы

Естественный и поляризованный свет. Способы получения поляризованного света.

Эффект Фарадея.

Физический смысл постоянной Верде.

Принцип действия поляриметра.

Объяснить полученные результаты. 

Измерение фазы (выполняется по указанию преподавателя).

Схема соединения та же, что и при получении фигур Лиссажу.

Изменяя частоту генератора в небольших пределах около значения  получите фигуры, показанные на рис. 6. Сдвиг фаз между колебаниями, поступающими на входы "X" и "У", находят из формулы: . Обратите внимание на то, что относительный сдвиг фаз двух независимых (не синхронизированных) колебаний не может оставаться постоянным достаточно долгое время.

Контрольные вопросы

Укажите последовательность операций для подготовки осциллографа к работе. В каком положении должны находиться основные ручки осциллографа?

Что увидим на экране осциллографа, если напряжения на горизонтально отклоняющих пластинах  и вертикально отклоняющих пластинах   равны:

а) =0, =0; 

б) =1В, =0;

в) =1В, =0.

Что будет наблюдаться на экране ЭЛТ, если на входы "X" и "У"
поданы одновременно синусоидальные напряжения с одинаковой частотой и сдвигом фаз 0° и 90°? Докажите ответ построением, аналогичным построению на рис.3.

Напряжение развертки изменяется по линейному закону ,
где k=const (см. рис. 3). По такому же закону изменяется координата X светящейся точки, т. e. X~U. Какая картина будет наблюдаться на экране?

Почему напряжение развертки выбирается линейным?


Курс лекций и лабораторных по физике