WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 7 |

Гипотенузная грань осветительной призмы делается матовой.

Свет, рассеянный матовой поверхностью, проходит слой жидкости и под всевозможными углами 0 i 90о попадает на гипотенузную грань измерительной призмы 1. Так как зазор между призмами 1 и П мал, то можно считать, что лучи с наибольшим углом падения являются скользящими. Скользящему же лучу в жидкости соответствует предельный угол преломления. Преломленные лучи с углами, большими, не возникают.

Если на пути лучей, выходящих из призмы, поставить зрительную трубу, то нижняя часть ее поля зрения будет освещена, а верхняя остается темной (рис.5).

При работе с немонохроматическим (дневным и электрическим) светом вместо резкой границы света и тени получается размытая радужная полоса, так как показатель преломления зависит от длины волны (дисперсия). Для устранения этого эффекта служит компенсатор дисперсии, устанавливаемый перед объективом зрительной трубы.

1. Определение показателей преломления жидкостей с помощью рефрактометра РДУ Внешний вид рефрактометра РДУ приведен на рис.6.

Рефрак Рис.На основании 1 установлена стойка 2, к которой крепится корпус 4. На корпусе укреплены: зрительная труба 5 с окуляром 6, микроскоп 7 с окуляром 8, две камеры - с измерительной призмой11 и осветительной призмой 12, зеркало 13. Перед зрительной трубой установлен дисперсионный компенсатор 9, который поворачивается с помощью маховичка 10. Камеры с призмами при помощи маховичка поворачиваются совместно с круговыми шкалами, рассматриваемыми в микроскоп. Левая шкала проградуирована в величинах показателей преломления.

Выполнение работы 1. Поверните рукой от себя корпус прибора до положения, чтобы гипотенузные грани призм установились горизонтально. Откройте замок, прижимающий камеры с призмами, и откиньте камеру с осветительной призмой. Протрите сухой салфеткой или фильтровальной бумагой обе стеклянные грани призм.

2. На матовую грань осветительной призмы при помощи стеклянной палочки нанесите одну-две капли дистиллированной воды. Затем опустите осветительную призму и прижмите призмы друг к другу рукояткой замка.

При этом между гранями призм образуется тонкий, равномерный по толщине слой жидкости.

3. Установите корпус прибора в прежнее положение, удобное для наблюдения. Поворотом зеркала добейтесь наилучшей освещенности поля зрения и установите окуляр 6 на отчетливую видимость перекрестия.

4. Медленно вращайте маховичок 3 до тех пор, пока в поле зрения не попадет граница светотени. А вращая маховичок компенсатора 10, добейтесь устранения дисперсионной окраски границы светотени.

5. Точно установите перекрестие на границусветлого и темного полей и произведите отсчет по левой шкале, пользуясь для наведения на резкость окуляром 8. Данный рефрактометр позволяет определять показатели преломления с точностью до второго знака после запятой, третий знак оценивается на глаз рефрактометр исправен и установлен правильно,. Если то для дистиллированной воды должно получиться значение n=1,333 ( при 20оС).

6. Откиньте осветительную призму и промокните фильтровальной бумагой или салфеткой грани призмы. Нанесите стеклянной палочкой одну-две капли раствора жидкости с наименьшей концентрацией NaCl, сомкните призмы и снимите отсчет по шкале показателей преломления.

Эту операцию выполните для всех предлагаемых растворов. После выполнения каждого измерения необходимо очищать поверхность призм от следов нанесенного раствора с помощью нескольких капель дистиллированной воды и мягкой салфетки или фильтровальной бумаги.

7. По полученным данным постройте график зависимости показателя преломления n от концентрации NaCl и по этому графику определите величину неизвестной концентрации раствора.

Контрольные вопросы 1. В чем состоит явление полного отражения 2. Сформулируйте законы геометрической оптикииобъясните их с точки зрения волновой теории.

3. Что называется абсолютным и относительным показателями преломления вещества 4. Объясните, на каком физическом явлении основан принципдействия рефрактометра РАБОТА № 5(7) ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ СВЕТОВОЙ ВОЛНЫ С ПОМОЩЬЮ КОЛЕЦ НЬЮТОНА Приборы и принадлежности: плоскопараллельная стеклянная пластинка и плосковыпуклая линза в оправе, микроскоп с осветителем отраженного света, окулярный микрометр, набор светофильтров.

Уравнение волны Установим зависимость между смещением х частиц среды, участвующих в волновом процессе, и расстоянием у этих частиц от источника О колебаний для любого момента времени t. Для большей наглядности рассмотрим поперечную волну, хотя все последующие рассуждения верны и для х продольной волны. Пусть колебания источника С (точка О) являются гармоническими:

y x = sin t, где А – амплитуда, – круговая частота колебаний. Тогда все частицы среды y тоже придут в гармоническое колебание с той же Рис.частотой и амплитудой, но с различными фазами. В среде возникает синусоидальная волна (рис.1).

График волны (рис.1) внешне похож на график гармонического колебания, но по существу они различны. График колебания представляет зависимость смещения частицы от времени, график волны – смещения всех частиц среды от расстояния до источника колебаний в данный момент времени. Он является как бы моментальной фотографией волны.

Рассмотрим некоторую частицуС, находящуюся на расстоянии у от источника колебаний (частицы О). Очевидно, что если частица О колеблется уже t секунд, то частица С колеблется еще только (t-) секунд, где – время распространения колебаний от 0 до С, т.е. время, за которое волна переместилась на определенное расстояние у. Тогда уравнение колебания частицы С следует написать так:

= sin tx (t - ).

Но = y /, где v – скорость распространения волны. Тогда x = sin (t - y / ). (1) Соотношение (1), позволяющее определить смещение (отклонение) любой точки среды от положения равновесия в любой момент времени, называется уравнением волны. Вводя в рассмотрение длину волны как расстояние между двумя ближайшими точками волны, находящимися в одинаковой фазе, например, между двумя соседними гребнями волны, можно придать уравнению волны другой вид. Очевидно, что длина волны равна расстоянию, на которое распространяется колебание за период Т со скоростью v:

= = /, (2) где – частота волны.

Тогда, подставляя в уравнение (1) = / и учитывая, что = 2 / = 2, получим другие формы уравнения волны:

= sin 2 (tx / - y / ) = sin 2 ( t - y / ) или = sin( tx - 2 y / ). (3) Интерференция волн Если в среде несколько источников колебаний, то исходящие от них волны распространяются независимо друг от друга и после взаимного пересечения расходятся, не имея никаких следов происшедшей встречи.

Это положение называется принципом суперпозиции. Его иллюстрацией может служить распространение водяных волн, вызванных двумя брошенными на поверхность воды камнями (рис.2).

S’’ у* · · S’ P · * * * у уРис.Рис.В местах встречи волн колебания среды, вызванные каждой из волн, складываются друг с другом (можно сказать: волны складываются) Результат сложения (результирующая волна) зависит от соотношения фаз периодов и амплитуд встречающихся волн. Большой, практический интерес представляет случай сложения двух (или нескольких) волн, имеющих постоянную разность фаз и одинаковые частоты. Подразумевается, что направление колебаний у всех волн одинаково. Такие волны и создающие их источники колебаний называются когерентными. Сложение когерентных волн называется интерференцией.

Рассмотрим интерференцию двух волн одинаковой амплитуды, исходящих из когерентных источников S и S и встречающихся в точке Р (рис.3).

Согласно уравнению волны (3), смещения, вызванные в точке Р первой и второй волнами, равны соответственно:

х1 = А sin(t –2у1/) и х2 = А sin(t –2у2/) В результате точка Р будет совершать колебания по синусоидальному закону:

х = х1+х2 = 2А cos 2(у1 –y2) / ·sin(t –2(у1 +y2 ) /) с амплитудой 2А cos 2(у1 –y2) /, зависящей от разности фаз = ( - yy1 2 )/.

( - yy1 2 )/2 = 2 n, Если (4) то в точке Р наблюдается максимум: колебания максимально усилят друг друга и результирующая амплитуда будет равна 2А.

( - yy1 2 )/2 = (2n + 1), Если же (5) где n=0,1,2,3,…, то в точке Р будет минимум: колебания взаимно погасятся и результирующая амплитуда в этом случае равна нулю.

Условия максимума (4) и минимума (5) можно еще записать соответственно так:

y = n = 2n / 2, (6) = ( ny +12 ) / 2, (7) где у= (у1 –y2) – разность хода волн, или разность хода лучей.

Следовательно, в точке Р будет максимум, если разность хода волн составляет четное число полуволн (целое число волн); если разность хода составляет нечетное число полуволн, то в точке Р будет минимум.

Так как волны распространяются от источников S и S по всем направлениям, то в пространстве окажется множество точек, удовлетворяющих как условию (6), так и условию (7), т.е. найдется множество точке, соответствующих максимуму и минимуму колебаний.

Поэтому интерференционная картина представит собой чередование областей усиления колебаний (максимумов) и областей, где колебания отсутствуют (минимумов). Более подробно эта интерференционная картина будет рассмотрена ниже для случая электромагнитных световых волн.

Интерференцией света Интерференцией света называется сложение когерентных световых волн с одинаковыми направлениями колебаний вектора электрической напряженности Е, в результате которого в пространстве появляются области максимальной и минимальной интенсивности результирующей световой волны.

Когерентными волнами (илиисточниками) называются волны (источники), имеющие одинаковую частоту и не изменяющуюся с течением времени разность фаз.

Нетрудно понять, что никакие два светящиеся тела не могут быть когерентными источниками света. В самом деле, свет, исходящий от светящегося тела (например, от нити электролампы), представляет собой совокупность множества электромагнитных волн, излучаемых отдельными частицами (атомами и молекулами) тела. Условия излучения этих частиц очень быстро и беспорядочно изменяются. Для того, чтобы два светящиеся тела являлись когерентными источниками света, длины волн, излучаемых всеми частицами первого тела, должны отличаться по фазе от длин волн, излучаемых всеми частицами второго тела, все время на одно и то же значение. Такое событие практически совершенно невероятно. Поэтому для получения когерентных источников прибегают к искусственному приему: «раздваивают» свет, исходящий от одного источника.

Это «раздвоение» можно осуществить, например, посредством экрана с двумя малыми отверстиями. В соответствии с принципом Гюйгенса-Френеля источник света S создает в отверстиях экрана вторичные источникисвета S1 и S2. Очевидно, что всякое изменение фазы волн, излучаемых основным источником S, сопровождается точно такими же изменениями фазволн, излучаемых вторичными источниками S1 и S2.

Следовательно, у волн, излучаемых источниками S1 и S2, разность фазвсе время остается неизменной, т.е. источники являются когерентными.

Другой способ получения когерентных источников основан на отражении света от двух плоских зеркал, установленных под углом, близким к 1800. Эта оптическая система называется зеркалами Френеля.

Когерентными источниками служат изображения S1 и S2 основного источника света S.

В отличие от механических волн, для электромагнитных (световых ) волн необходимо определять не геометрическую разность хода, а так называемую оптическую разность хода лучей, которая будет рассмотрена ниже.

Интерференция света, отраженного от прозрачных пленок Рассмотрим интерференционные явления, возникающие приотражении света от тонких прозрачных пластин (пленок).

Пусть на тонкую пленку толщиной d падают параллельные лучи монохроматического света (рис.4). Очевидно, что изнекоторой точкиС будут выходить два практически совпадающих когерентных луча: луч 2, отраженный от верхней поверхности пленки, 2’ и луч 1, отраженный от нижней ее 1 D поверхности. Понятно, что разность хода 1’ этих лучей зависит от угла падения и A толщины пленкиd пленки. Кроме того, C зависит еще и от показателя преломления n n вещества пленки, так как на участке АВС луча 1 световые волны распространяются со B скоростью в n разменьшей, чем на участке Рис. DC луча 2. Это ведет к увеличению разности фаз волн, а, следовательно, и разности хода лучей. Поэтому в данном случае следует рассматривать оптическую разность хода лучей.

= (AB + BC)n - (CD + 2/ ). (8) Слагаемое /2 появляется в связи с тем, что луч 2 отражается (в точке С) от оптически более плотной среды, его фаза изменяется на, что соответствует дополнительной разности хода /2. Луч 1 отражается (в точке В) от оптически менее плотной среды, его фаза не изменяется.

Если разность хода равна целому числу длин волн падающего света, то лучи 1 и 2 максимально усилят друг друга. Нетрудно усмотреть, что при(при данном значении ) такой результат интерференции будет иметь место не только для точки С, но и для всех других точек поверхности пленки Поэтому глазу аккомодированному на поверхность., пленки, вся пленка представится ярко освещенной. Если же равно нечетному числу полуволн, то все отраженные от ее поверхности лучи взаимно погасятся и пленка будет казаться темной.

Таким образом, изменяя угол падения, мы увидим пленку попеременно то светлой, то темной.

До сих пор мы имели дело с плоскопараллельной пленкой.

Рассмотрим теперь пленку переменной толщины, например, клинообразную (рис.5). В отраженном свете поверхность такой пленки уже не покажется равномерно освещенной, так как разность хода лучей, интерферирующих в различных (по толщине) местах пленки, будет а б Рис.неодинаковой. Эта разность сохраняется постоянной только вдоль линий, параллельных ребруклина, и убывает в направлении от основания к ребру (рис.5 а). Поэтому поверхность клинообразной пленки представится покрытой чередующимися светлыми и темными полосами, параллельными ребруклина (рис.5 б). Очевидно, что чем больше угол клина, тем быстрее изменяется разность хода лучей вдоль клина и тем чаще расположены интерференционные полосы.

При использовании белого света интерференционные полосы несколько расширяются, приобретая радужную окраску. Это объясняется зависимостью разности хода от длины волны: в каждой светлой полосе максимумы для различных длин волн располагаются раздельно.

В отличие от клинообразной пленки у пленки со случайным распределением толщины интерференционные полосы могут иметь самую разнообразную криволинейную форму. При освещении этой пленки белым светом возникает весьма причудливая по форме и расцветке интерференционная картина. Такую картину дают мыльные пленки, нефтяные пятна на поверхности воды, крылья мелких насекомых, жировые налеты на стекле и другие тонкие пленки толщиной порядка 10-4 см. В более толстых пленках цветные интерференционные полосы оказываются настолько сближенными, что частично перекрывают друг друга и интерференционная картина становится неразличимой. Поэтому интерференцию света в толстых пленках можно наблюдать только при использовании строгого монохроматического света.

Кольца Ньютона Рассмотрим систему, состоящую из плосковыпуклой линзы, которая соприкасается своей выпуклой частью с плоской поверхностью хорошо отполированной пластинки (рис.6). Толщина образованной между ними воздушной прослойки растет от центра к краю.

Если теперь на эту систему падает пучок монохроматического света, то световые волны, отраженные от нижней поверхности линзы и верхней поверхности пластинки, будут интерферировать между собой в точке B. При этом в центре будет наблюдаться темное пятно, окруженное рядом 0 концентрических, светлых и черных R rk колец убывающей ширины.

При наблюдении в проходящем свете будет обратная картина: в центре будет светлое пятно, все A B d светлые кольца заменятся на светлые, и наоборот.

Оптическая разность хода лучей в отраженном свете запишется следующим образом:

Рис. у = 2 d n + /2, (9) Один луч сразу отражается в точке В и его фаза не меняется, так как отражение происходит от воздуха в стекло (от оптически менее плотной среды в более плотную), а второй луч дважды проходит воздушную прослойку толщиной d и отражается от стекла в воздух (от оптически более плотной среды в менее плотную). Поэтому фаза луча меняется на, что соответствует дополнительной разности хода /2. Так как показатель преломления воздуха n = 1, то формула (9) запишется:

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 7 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.