Определение длины световой волны при помощи бипризмы Френеля. Лабараторная работа (2023 год)
ЛАБАРАТОРНАЯ РАБОТА
Определение длины световой волны при помощи бипризмы
Френеля
по дисциплине «ОПТИКА»
Направление «»
Студента
2023
Цель работы: Экспериментально определить длины световых волн,
пропускаемых светофильтрами.
Приборы и принадлежности: виртуальная оптическая скамья, вклюающая:
источник света со щелевой диафрагмой, светофильтры, бипризму Френеля,
собирающую линзу, окуляр-микрометр.
Описание виртуальной установки
Бипризма БП представляет собой две одинаковые прямоугольные
призмы с малыми преломляющими углами, сложенные своими основаниями.
Пучок света, падающий на бипризму от источника света ИС с диафрагмой в
виде щели, вследствие преломления в бипризме, разделяется на два
перекрывающихся пучка, исходящие как бы от двух мнимых источников. За
бипризмой, во всей области наложения пучков света, будет наблюдаться
интерференционная картина в виде чередующихся параллельных светлых и
темных полос (рис. 1). В случае белого света полосы будут радужными, что
затрудняет наблюдение. Поэтому в установке используется нохроматический
источник света. Длина волны света определяется одним из трех
светофильтров СФ, установленных на турели. Для наблюдения и измерения
интерференционной картины используется окуляр-микрометр ОМ,
увеличенное поле зрения которого П показано вверхнем правом углу
установки. Измерение производится с помощью микрометрического винта
МВ, как описано ниже.
Для определения расстояния между мнимыми источниками между оку-
ляр-микрометром и бипризмой помещают собирающую линзу Л, после чего
в поле зрения окуляр-микрометра появляется несфокусированное изображе-
ние двух мнимых источников (щелей). Перемещением линзы вдоль оптиче-
ской скамьи добиваются получения их четкого изображения в поле зрения
окуляр-микрометра (рис.2).
Обработка экспериментальных результатов.
1.
Свето-
l(cм)
f(cm)
D(mm)
∆x(mm)
ʎ(m)
Ꜫ
∆ʎ(m)
фильтр
Красный
47
6,8
0,01081
0,052
Зелёный 79,8
48,7
13
36
5,3
0,01076
0,04
Синий
44
4,5
0,01072
0,0482
2. Запустите ролик с флэш-анимацией (виртуальная установка Biprism.swf).
3. Кликнув по кнопке «Сеть», включите осветитель. В поле зрения окуляр-
микрометра возникнет интерференционная картина в виде чередующихся
светлых и темных полос.
4. Установите на оптическую скамью линзу кнопкой и, передвигая ее,
добейтесь как можно более четкого изображения двух мнимых источников в
поле зрения окуляр-микрометра. Занесите значения l (положение
окуляр-микрометра) и f (разность положений окуляр-микрометра и линзы) в
таблицу.
5. Измерьте расстояние между мнимыми источниками D с помощью окуляр
микрометра. Для этого поместите визир сначала на изображение одной, а
затем другой щели, и найдите разность координат. Занесите значение D в
таблицу.
6. Для измерения ширины интерференционной полосы x удалите линзу с
оптической скамьи кнопкой . В поле зрения окуляр-микрометра вновь
возникнет интерференционная картина. НЕ ПЕРЕМЕЩАЙТЕ ОКУЛЯР-
МИКРОМЕТР ДО ЗАВЕРШЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ.
7. Для повышения точности измерения ширины полосы измерьте ширину
группы из пяти соседних полос x5. Ширину одной полосы x вычислите
по формуле x = x5 /5 и занесите это значение в таблицу.
8. Установите последовательно два оставшихся светофильтра и повторите
для каждого из них пункт 7. Пункты 4-6 можно не повторять, так как
фокусное расстояние линзы не зависит от длины волны.
9. Вычислите и занесите в таблицы значения , погрешностей и средних
величин по формулам (3), (4), (5) для всех светофильтров.
(3) ʎ =l-f D∆X
l∗f
(4)Ꜫ=∆ʎ
=∆l+∆f
+∆l
+∆f
+∆D
+∆(∆X)
ʎ
l-f
l
f
D
∆X
(5)∆ʎ = Ꜫ ∗ ʎ
Вывод : в ходе лабораторной работы экспериментально определил длины
световых волн, пропускаемых светофильтрами ,их значения близки к
значениям в интернете .
ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ
1)
МАГНИТНОЕ ПОЛЕ - ПОЛЕ, ДЕЙСТВУЮЩЕЕ НА ДВИЖУЩИЕСЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ
ЗАРЯДЫ И НА ТЕЛА, ОБЛАДАЮЩИЕ МАГНИТНЫМ МОМЕНТОМ, НЕЗАВИСИМО ОТ
СОСТОЯНИЯ ИХ ДВИЖЕНИЯ; МАГНИТНАЯ СОСТАВЛЯЮЩАЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО
ПОЛЯ.
2)
3)
4)
Закон Био-Савара-Лапласа гласит: Магнитное поле любого тока
может быть вычислено как векторная сумма (суперпозиция)
полей, создаваемых отдельными элементарными участками тока.
B ⇀ = ∑ B ⇀ i i. Элементарный участок d l с током I создает
магнитную индукцию: B = μ 0 4 π I d l sin α r 2. Здесь альфа - угол
между радиусом-вектором и направлением тока в проводнике.
5)
6)
Для определения положения точки Р проведем координатную ось
х вдоль оси симметрии, а начало отсчета поместим в центр
контура. При этом расстояние R от точки А до точки Р будет
связано с координатой х последней соотношением
Найдем вектор dB магнитной индукции ноля, создаваемого
выделенным элементом тока dl в точке Р. По определению
векторного произведения из закона Био - Савара - Лапласа
следует, что вектор dB перпендикулярен и вектору dl , и вектору R
. При этом с учетом того,
что векторы dl и R образуют прямой угол, модуль вектора dB
будет равен
Так как рассматриваемая система обладает осевой симметрией,
вектор В магнитной индукции поля, создаваемого всем контуром,
на оси симметрии будет направлен вдоль этой оси.
Следовательно, только проекция на ось х этого вектора будет
отлична от нуля во всех точках этой оси:
где В - модуль вектора магнитной индукции.
В силу принципа суперпозиции проекция на ось х вектора В будет
где dBx - проекция на ось х вектора dB . Используя подобие
прямоугольных треугольников на рис. 6.9, находим, что
Подставив выражение (6.23) в формулу (6.22), с учетом (6.21)
получим
Все величины под знаком интеграла не зависят от того, где на
контуре С расположен векторный элемент dl , и могут быть
вынесены за интеграл.
Так как интеграл от dl равен длине 2тга окружности, придем к
формуле
Подставив в эту формулу выражение (6.20), получим следующую
зависимость магнитной индукции от координаты х точки Р:
7)
8)
Земля в целом представляет собой огромный шаровой магнит.
Магнитное поле Земли имеет внутриземное происхождение. Ядро
Земли является жидким и состоящим из железа; в нем
циркулируют круговые токи, которые и порождают земное
магнитное поле: вокруг токов всегда есть магнитное поле. Оно не
является симметричным.
Магнитные бури - это значительные изменения магнитного поля
Земли под действием усиленного солнечного ветра, в результате
вспышек на Солнце и сопровождающих их выбросов потоков
заряженных частиц.
\
9)
Тангенциальный гальванометр - один из первых гальванометров,
использовавшихся для измерения электрического тока. Он
работает с помощью компаса, который используется для
сравнения магнитного поля создаваемого неизвестным током с
магнитным полем Земли. Свое название он получил от
тангенциального закона магнетизма, в котором говорится, что
тангенс угла наклона магнитной стрелки пропорционален
соотношению сил двух перпендикулярных магнитных полей.
10)
