Лабораторная работа № 3-5. Определение концентрации водных

растворов оптически активных веществ…

Лабораторная работа № 3-6. Изучение дифракции Фраунгофера на одной щели и дифракционной решетке……

Лабораторная работа № 3-7. Получение и исследование поляризованного света……………………………………

Лабораторная работа № 3-8. Изучение теплового излучения…………

Лабораторная работа № 3-9. Изучение спектра излучения ртутной лампы и определение постоянной Планка…

Лабораторная работа № 3-10. Изучение термоэлектрических и контактных явлений……………………………

Лабораторная работа № 3-11. Изучение зависимости сопротивления металлов и полупроводников от температуры…………………………………………….

Лабораторная работа № 3-12. Изучение процесса рождения электронно-позитронной пары………………………

Лабораторная работа № 3-13. Исследование дифракции микрочастиц на отверстии. Моделирование на компьютере………………………………………….

Лабораторная работа № 3-14. Определение резонансного потенциала

методом Франка и Герца…………………

Лабораторная работа № 3-15. Изучение внешнего фотоэффекта ……

Приложения:

Приложение 1. Устройство и принцип работы лазера…………………

Приложение 2. О случайных совпадениях ………………………………

ВВЕДЕНИЕ

В данном лабораторном практикуме приведены методические указания к выполнению лабораторных работ, представленных в общем физическом практикуме кафедры физики БГАРФ по разделу: оптика, атомная физика и физика элементарных частиц. Лабораторные работы поставлены на оборудовании, разработанном ВСНПО «Союзвузприбор» и ФГУП РНПО «Росучприбор».

Методические указания по выполнению лабораторных работ составлены и перерабатывались преподавателями кафедры физики в различные годы. Для данного сборника методические указания к лабораторным работам 3-1, 3-2, 3-4, 3-6, 3-7, 3-8, 3-9, 3-10, 3-11 переработаны Смурыгиным В.М. и Корневой И.П. Методические указания к лабораторным работам 3-12, 3-13, 3-14 составлены Сердюковым Г.А. Лабораторная работа 3-15 поставлена Смурыгиным В.М., а работа 3-5 поставлена Смурыгиным В.М. и Корневой И.П.

Лабораторный практикум предназначен для курсантов и студентов всех специальностей очного и заочного обучения.

ОСНОВНЫЕ ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО ОПТИКЕ, АТОМНОЙ И ЯДЕРНОЙ ФИЗИКЕ

При выполнении работ в лаборатории курсанты и студенты обязаны строго соблюдать правила техники безопасности:

1. К работе допускаются курсанты и студенты, прошедшие инструктаж по технике безопасности и получившие у преподавателя допуск к выполнению лабораторной работы.

2. Установку оптических приборов на оптическую скамью производить при выключенном напряжении, в чём надо убедиться по положению переключателей на источниках питания и отсутствии вилки в розетке.

3. Самостоятельно включать любые приборы под напряжением без проверки преподавателем категорически запрещается.

4. При включении схемы под напряжением необходимо убедиться в том, что никто из курсантов и студентов группы не касается приборов, отдельных участков цепи.

5. Всякое переключение в цепи, замену приборов производить только при выключенном напряжении и в присутствии лаборанта или преподавателя.

6. При возникновении каких-либо неполадок в работе немедленно доложить преподавателю или лаборанту.

7. Без разрешения преподавателя или лаборанта запрещается вскрывать, переносить и включать лабораторное оборудование.

8. Источниками света в ряде лабораторных работ являются лазеры. Прямое попадание лазерного луча в глаз может привести к ослаблению зрения.

9. Перед началом выполнения лабораторной работы необходимо внимательно ознакомиться с разделом «Порядок выполнения работы» в описании лабораторной работы, где указана последовательность включения приборов, условия их использования.

10. Запрещается трогать руками оптическую часть приборов – линзы, окуляры, оптические щели. Следует брать руками приборы только за оправы.

11. После выполнения лабораторной работы выключение приборов проводить в обратной последовательности до удаления вилки из розетки.

12. Курсанты и студенты, нарушившие правила техники безопасности, от выполнения лабораторных работ отстраняются до пересдачи ими правил техники безопасности.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3-1

Изучение пространственной и временной когерентности

Цель работы: изучение пространственной и временной когерентности методом наблюдения интерференции от двух щелей.

ВВЕДЕНИЕ

Свойство когерентности является одной из основных характеристик светового поля. Оно определяет возможность наблюдения интерференции световых волн. Под когерентностью понимают согласованность протекания двух или нескольких колебательных или волновых процессов.

Различают временную и пространственную когерентность. Временная когерентность выражает упорядоченность во временном изменении напряженностей электромагнитного поля в отдельно взятой точке пространства. Пространственная когерентность характеризует согласованность поля во времени в разных точках пространства.

Монохроматическое поле обладает полной временной и пространственной когерентностью. Действительно, зная значение в какой-то точке пространства в момент времени t, мы можем предсказать значение в любой последующий момент времени t+t, как бы велико не было t. Колебания в двух любых точках пространства происходят согласованно: разность фаз колебаний в этих точках и отношение амплитуд остаются неизменными во времени.

Реальные волны не бывают строго монохроматическими, т. к. акты излучения одного и того же атома, как и акты излучения разных атомов, происходят независимо друг от друга, и фазы испускания волн никак не связаны между собой. Тогда в фиксированной точке амплитуда и фаза хаотично изменяются со временем в отличие от монохроматической волны. Среднее время, за которое происходит существенное изменение амплитуды А, а фаза j меняется на величину ~ p, называется временем когерентности . Время когерентности связано со спектральной шириной излучения соотношением .

Расстояние, которое проходит волна за время , называется длиной когерентности .

Рассмотрим подробнее пространственную когерентность. Колебания в двух точках P₁ и Р₂ являются пространственно когерентными, если разность фаз в этих точках и отношение амплитуд не изменяются со временем.

Случай 1. Свет испускается одним точечным источником S. Если разность хода , одна и та же волна вызывает колебания как в точке , так и в точке . Колебания в этих точках будут пространственно когерентны: амплитуды их будут равны, а разность фаз будет постоянной. Если же , то колебания в точках и принадлежат разным цугам волн и не являются пространственно когерентными.

Случай 2. Световое поле создается двумя независимыми точечными излучателями и . Вообще говоря, пространственная когерентность в точках и нарушается даже в том случае, если излучение достаточно монохроматично и для обоих источников выполняются условия:

, (1)

. (2)

Действительно, колебание в каждой из точек и будет суперпозицией двух колебаний, возбуждаемых источником и , а они независимые, т. е. колебание будет некогерентным. Однако если излучатели находятся близко друг к другу, так что , а точнее , то разность фаз суммарных колебаний в точках и будет оставаться постоянной и равной . Отношение суммарных амплитуд также будет сохраняться, колебания будут когерентными.

Случай 3. Световое поле создается протяженным источником, который можно рассматривать как совокупность независимых источников. В этом случае пространственная когерентность колебаний в точках и зависит от размеров источника. Если источник достаточно мал, колебания будут когерентными, т. е.:

а) для любой точки : (3)

б) для двух любых точек источники и :

, или (4)

Эти условия всегда будут выполняться, если точки и расположены достаточно близко друг к другу. Напротив, при удалении точек и друг от друга выполняемостъ условий (3) и (4) ухудшается, и степень когерентности колебаний в этих точках уменьшается. Исходя из этих соображений, вводят такие характеристики светового поля, как объем когерентности и площадь когерентности. Объемом когерентности называют такой объем пространства, для любых двух точек которого имеет место достаточно высокая степень пространственной когерентности. Под площадью когерентности понимают такую площадь на плоскости для любых двух точек, для которых имеет место достаточно высокая степень пространственной когерентности.

Степень когерентности характеризуется параметром , который принимает значение от 1 (при полностью когерентных колебаниях) до 0 (при отсутствии когерентности). В большинстве случаев степень когерентности может считаться высокой. Приняв этот критерий и воспользовавшись соотношением (4), можно получить радиус R площади когерентности на плоскости, расположенной на расстоянии d от протяжённого самосветящегося источника радиусом R (рис. 1):

или (5)

где - угловой размер площади когерентности.

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒