|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Измерение разности фаз колебаний
Цель: измерить разность фаз колебаний различными методами. Оборудование: генератор ГСФ-2, осциллограф С1-131/1-Д, резистор, конденсатор, сигнальные провода. Ход работы:
Рис. 1. Интегрирующая RC-цепочка Подается сигнал с генератора ГСФ-1 на вход осциллографа. Собирается схема рис. 1. Сигнал выхода RC-цепочки на 2 вход осциллографа. Выходной сигнал отстает по фазе от входного на величину j, определяемую соотношением: tgji = w RC, где T = 2p/w, n=w/2p, w=2pn, tgji=2pnRC. Для измерения разности фаз на экране осциллографа накладываются оба сигнала и совмещаются их средние значения. Измеряются по шкале осциллографа период Т и время запаздывания t (рисунок 2а).
Рис.2. Определение разности фаз колебаний Разность фаз определяется как j1=2pt/T Затем подается сигнал с входа RC-цепочки на вход X осциллографа, а с выхода цепочки – на вход Y. Измеряем отрезки H и h (рисунок 2б). Разность фаз определяется соотношением: sinj2=h/H Находится абсолютная и относительная погрешности измерения. Делаются выводы. Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Филиал ГОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет» В г. Нижневартовске
Кафедра «Информатика». .
Отчет
По курсу «Оптика». На тему .
Выполнил студент___________________ Группа_____________________________ Вариант №__________________________ Проверил___________________________
Нижневартовск 2008 г. Лабораторная работа №1 Юстировка лазера Цель работы: Ознакомление с лазером и его юстировка. Оборудование:
Рис.1. 1. Винт грубой юстировки в горизонтальной плоскости. 2. Винт грубой юстировки в вертикальной плоскости. 3. Винт точной юстировки в горизонтальной плоскости. 4. Винт точной юстировки в вертикальной плоскости. 5. Зеркала. Ход работы: Настройка заключается в фиксации лазерного луча и центров оптических элементов на оптической оси установки, расположенной на высоте 45 мм от верхнего края рельс или, что то же, 40 мм от верхней плоскости рейтеров. Совместную настройку группы оптических элементов называют юстировкой. Индикатором юстировки является микропроектор (модуль 3). Положение оптической оси после юстировки определяется положением центра линзы микропроектора. Перед юстировкой линза микропроектора устанавливается в среднее положение (координата 3 мм) После включения лазера проводят два этапа юстировки. Грубая юстировка (обозначения по рис. 1): поворотом рукояток 1 и 2 установите пучок излучения в центре зеркала 5, затем поворотом рукоятки 3 и винта 4 направьте пучок вдоль оптической скамьи. Точная юстировка. Установите микропроектор (модуль 3) в положение с координатой риски 10, 0 см, при этом точка выхода пучка после отражения от зеркала будет иметь координату 13, 0 см и окажется напротив левого визирного креста экрана. Поворотом рукояток 1 и 2 совместите центр пятна излучения лазера с визирным крестом на экране. Отодвиньте микропроектор до положения с координатой риски 67, 0 см, при этом точка выхода пучка после отражения от зеркала, будет иметь координату 70, 0 см и окажется напротив правого визирного креста экрана. Поворотом рукоятки 3 и винта 4 совместите центр светового пятна с центром шкалы фотоприемника. Уточните положение пучка точной настройкой с помощью винта микропроектора. Операцию точной юстировки повторите 2-3 раза, пока смещение светового пятна от номинального положения при перемещении микропроектора не окажется меньше радиуса этого пятна. При установке на рельс каждого нового оптического элемента, прежде всего, с помощью винтов держателя этого элемента, добивайтесь возвращения центра пятна на экране в то же место, что и при юстировке лазерного луча. Это означает, что центр оптического элемента находится на оптической оси установки, и можно приступать к эксперименту или размещать на рельсе следующие элементы. В процессе эксперимента можно, смещая оптические элементы винтами двухкоординатных держателей, перемещать картину на экране в положение, удобное для наблюдений или измерений. Лабораторная работа №2 «Закон Бугера» Цель работы: Измерение коэффициента поглощения воды ǽ. Оборудование: 1 2 3 4
1. источник света (лампа) 2. стекло матовое 3. кювета 4. фотодатчик Общие положения: Закон Бугера I = -I0 exp ǽ h; КI = I1/I10, К 2 = I 2/I20. Где: I1, I2 - показания фотодатчика для кюветы с водой, I10, I20 - показания фотодатчика для кюветы без воды, коэффициент поглощения ǽ рассчитать по формуле: Где h1, h2 – толщины кювет. Ход работы: собрать схему, измерить интенсивность света прошедшего сквозь 1-ю и 2-ю кювету без воды I10 I20 и с водой I1 I 2 результаты занести в таблицу 1. Рассчитать отношения интенсивностей, коэффициент поглощения, результаты занести в таблицу 2. Таблица 1 Опытные данные:
Таблица 2 Обработка результатов измерений:
æ = По полученным результатам формулируются выводы. Лабораторная работа №3 Поляризация света. Цель работы: Проверка закона Малюса. Измерение степени поляризации света. Оборудование:
1. Источник света 2. Поляризаторы 3. Фотодатчик Общие положения: Степень поляризации света: Закон Малюса: Ход работы: собрать схему, измерить интенсивности света прошедшего сквозь 1-й и 2-й поляризатор при различных углах a между оптическими осями поляризатора и анализатора, результаты занести в таблицу 1. Рассчитать теоретические значения интенсивностей и занести их в таблицу. Таблица 1 Опытные данные:
Обработка результата: Построить теоретическую и экспериментальную зависимости интенсивностей от угла. Рассчитать стандартную ошибку аппроксимации:
где n количество замеров. По полученным результатам формулируются выводы. Лабораторная работа №4 Интерференция света. Опыт Юнга. Цель работы: Опытным путем определить длину волны света. Оборудование: Фонарь, светофильтр, зеркало, щель микрометрическая, объектив, объектив с парой щелей.
1. фонарь белый 2. светофильтр 3. зеркало (модуль 2) 4. щель микрометрическая 5. объектив (модуль 6) 6. объект с парой щелей (объект 27 или 28) 7. объектная плоскость А окуляр-микрометра 8. окуляр-микрометр Z – координатная ось, параллельная линейке оптической скамьи Zo=32 мм; Zоб=160 mm; Z1=358 мм; ZF=835 мм; Общие положения:
Ход работы: Для примера использован зеленый светофильтр. Расстояние между щелей d=l, 0мм. Собирается схема, получают четкую интерференционную картину. Наводят визир (перекрестие микрометра) на центральный максимум, фиксируют его координату, затем на первый максимум справа и на первый максимум слева. Затем измерения повторяют. По полученным данным рассчитываются длины волн: Результаты заносятся в таблицу. За конечный результат берется среднее значение измеренных длин волн. Рассчитывается погрешность измерений. Формулируются выводы.
Таблица 1 Экспериментальные данные
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5 Дифракция Фраунгофера на щели. Цель работы: Измерение распределение интенсивности света дифракционной картины. Схема опыта:
1. лазер 2. зеркало 3. конденсор 4. объектив 5. щель 6. микропроектор 7. фотодатчик 8. х - координатная ось Ход работы: Собрать схему указанную на рисунке. Получить дифракционную картину. Измерить интенсивность света в максимумах и минимумах дифракционной картины. Занести результаты измерений в таблицу. Таблица 1 Экспериментальные данные:
Основные положения:
Формула для расчёта теоретических значений интенсивности Условие минимумов: Условие максимумов: Теоретические значения: Экспериментальные значения: 1 maxI0 = 542 1 max: I'1 = 542 2 min I1 = 0 3 max I2I1 ·0.047 = 25, 5 2 max I'2 =23, 7 4 max I3 = I1 ·0.016 = 7, 7 3 max I'3 =9 По полученным данным построить теоретическую и экспериментальную зависимости интенсивностей от угла. Рассчитать стандартную ошибку аппроксимации:
Выводы: Лабораторная работа №6 Дисперсия света. Цель работы: Исследовать явление дисперсии света. Определить показатель преломления вещества. Оборудование: Источник света, светофильтр, микрометрическая щель, объектив, призма, экран.
Рис.1. Схема наблюдения дисперсии света на призме. Общие положения: При прохождении светового пучка через призму существует угол падения, при котором отклонение пучка от начального направления минимально. При этом лучи падающего и прошедшего пучков симметричны относительно преломляющих граней призмы. Угол минимального отклонения sin[ ( при этом угол падения определяется законом преломления: sin i1 = п sin Ход работы: Установите на оптическую скамью поворотный стол и введите призму (объект 8 или 9) в пучок излучения лазера как показано на рис. 3 (вид сверху). Поворачивая стол, наблюдайте на экране установки движение пучков, отраженных от граней призмы, и преломленных в ней. Поворачивая стол, направьте отраженный от грани луч навстречу падающему, совместив следы соответствующих пучков на зеркале модуля 2. При этом фиксируется положение нормали к грани призмы. Снимите соответствующий отсчет по шкале стола. Снимите такие отсчеты для остальных граней призмы. Определите по этим данным преломляющие углы призмы. Определив положение нормали к одной из граней призмы, поворачивайте стол до тех пор, пока не получите минимальное отклонение преломленного луча. Снимите соответствующую угловую координату стола и определите угол падения i1. Из (2) найдите показатель преломления. Сравните показатели преломления различных сортов стекла.
Рис.2. Рис.3. 1. Собрать схему с источником белого света. Получить картину дисперсии света. Измерить углы отклонения света для различных длин волн (цветов). где X1=70 mm; X2=200 mm; X3=300 mm; Результаты занести в таблицу. Таблица 1
2. Собрать схему с лазером. Измерить угол отклонения света и рассчитать показатель преломления для длины волны красного света. Флинт: Z=475, n=1, 71 Крон: Z=693, n=1, 44 Выводы: Литература Рекомендуемая литература: а) основная литература 1. Трофимова Т.И. Курс физики: уч. пособие для вузов / Т.И.Трофимова. – 13-е изд., стер. – М., 2007.- 560с. 2. Иродов И.Е. Волновые процессы. Основные законы: уч. пособие для вузов. – М., 2000. – 256с. 3. Иродов И.Е. Квантовая физика. Основные законы: уч. пособие для вузов / И.Е.Иродов. – М., 2002. -272с. 4. Иродов И.Е. Задачи по общей физике: уч. пособие для вузов. / И.Е. Иродов. - 10-е изд., стер.- СПб., 2006. - 416с. 5. Трофимова Т.И. Сборник задач по курсу физики с решениями: уч. пособие для вузов / Т.И. Трофимова, З.Г. Павлова. – 3-е изд., стер. – М., 2002. - 591с. 6. Косьянов П.М. Методическое пособие по лабораторному практикуму. б) дополнительная литература 1. Гуревич С.Ю. Физика: уч. пособие для самостоятельной работы студентов. В 2-х ч. -3-е изд., испр. и доп. / С.Ю. Гуревич, Е.Л. Шахин. – Челябинск, 2002. 2. Дмитриева В.Ф. Основы физики: учебное пособие для студ. вузов. / В.Ф. Дмитриева. - 2-е из., испр. и доп. – М., 2001. - 527с. 3. Суханов А.Д. Фундаментальный курс физики: учебное пособие для вузов. В 4-х т. Т.2. Континуальная физика. В 2-х кн. К.1. / А.Д. Суханов. – М., 1996. - 536с. 4. Большой энциклопедический словарь / Гл. ред. А.М. Прохоров.- 4-е изд. -М., 1998. - 943с.
Приложение №1 Объем и содержание лабораторных работ Состав и объем лабораторного практикума
Формы контроля 1. Опрос-допуск заданий к лабораторным работам. 2. Отчет по каждой лабораторной работе. 3. Защита лабораторных работ. Контрольные вопросы по лабораторным работам Лаб. раб. №1. 1. Зависит ли величина ускорения свободного падения от материала грузика? 2. Выведите выражение для определения ускорения свободного падения. 3. Какие ещё способы измерения ускорения свободного падения Вам известны? Лаб. раб. №2. 1. Какими факторами обусловлен КПД механической пушки? 2. Зависит ли КПД механической пушки от степени сжатия пружины? 3. Какие законы использовались при определении КПД механической пушки? Лаб. раб. №3. 1. Чем обусловлены потери энергии при ударе шаров? 2. Выведите выражение для определения потерь энергии при центральном ударе шаров. 3. При столкновении каких шаров потери энергии: Минимальны? Максимальны? Лаб. раб. №4. 1. На каком законе основано определение момента инерции тела в данном способе? 2. Выведете выражение для определения момента инерции тела. 3. Какие ещё способы определение момента инерции Вам известны? Лаб. раб. №5. 1. Чем обусловлена прецессия гироскопа? 2. Выведете выражение для расчета частоты прецессии гироскопа. 3. Где и как можно использовать прецессию гироскопа? Лаб. раб. №6. 1. Чем обусловлены аэродинамическое сопротивление и сухое трение? 2. Между какими величинами наблюдается линейная зависимость в данном опыте? 3. Как определяются коэффициенты трения и аэродинамического сопротивления? Объем и содержание лабораторных работ Состав и объем лабораторного практикума
Контрольные вопросы по лабораторным работам Лаб. раб. №1. 1. Каковы основные требования техники безопасности при работе с электрооборудованием? 2. Каковы функциональные возможности генератора, осциллографа и вольтметра? От чего зависит точность измерения сигналов? Лаб. раб. №2. 1. Выведете выражение для определения ёмкости плоского конденсатора. 2. Какие принципиальные схемы используются для измерения емкости, нарисуйте их. 3. Какой способ измерения точнее? Почему? Лаб. раб. №3. 1. Как изменяется электростатическое поле в диэлектриках, чем обусловлено это изменение? 2. В каких диэлектриках электрическая проницаемость максимальна? Минимальна? 3. В чём заключается сущность данного метода измерения диэлектрической проницаемости? Лаб. раб. №4. 1. Какова конфигурация магнитного поля прямого тока? Как определяется его напряжённость в различных точках? 2. Какие законы использованы для измерения вектора магнитной индукции? 3. Как сопоставляются теоретические и экспериментальные результаты? Лаб. раб. №5. 1. Какова конфигурация магнитного поля соленоида? Как определяется его напряжённость в различных точках? 2. Чем отличаются теоретически вычисленные значения от экспериментально измеренных? 3. Выведете выражение для определения напряженности магнитного поля соленоида. Лаб. раб. №6. 1. Как определить к какому виду магнетиков относится то или иное вещество? 2. Какова сущность определения магнитной проницаемости вещества в данном опыте? 3. Какова природа ферромагнетизма? Свойства ферромагнетиков. Лаб. раб. №7. 1. Какие способы измерения разности фаз колебаний Вам известны? 2. Дифференцирующая или интегрирующая цепочка используется в данном опыте? 3. Выведете выражение для измерения разности фаз колебаний. Объем и содержание лабораторных работ Состав и объем лабораторного практикума
Контрольные вопросы по лабораторным работам Лаб. раб. №1. 1. Каковы основные требования техники безопасности при работе с лазером? 2. Какова принципиальная схема ЛКО? 3. Как производится грубая настройка и точная юстировка лазера? Лаб. раб. №2. 1. Каков принцип измерения длины волны света в опыте Юнга? 2. Как изменяется интерференционная картина при изменении длины волны света? 3. Выведете выражение для определения длины волны света. Лаб. раб. №3. 1. Объясните закономерности дифракции на щели. 2. Как распределяется интенсивность света между максимумами различных порядков? 3. Как определить сходимость экспериментальных и теоретических данных Лаб. раб. №4. 1. Какова природа поглощения света в веществе? 2. Выведете выражение для определения коэффициента поглощения света. 3. Чем обусловлено расхождение экспериментальных значений с истинными? Лаб. раб. №5. 1. Какова природа поляризации света веществом? 2. Как определяется степень поляризации света? 3. Как определяется стандартная ошибка аппроксимации? Лаб. раб. №6. 1. Какова природа дисперсии света в веществе? 2. Выведете выражение для расчета показателя преломления стекла призмы. 3. Как зависит показатель преломления от длины волны света? Приложение №2 Лабораторный комплекс ЛКМ-1 «ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕХАНКИ» паспорт и техническое описание 1. НАЗНАНИЕ Лабораторные комплексы серии ЛКМ предназначены для постановки лабораторных работ по механике в физическом практикуме вузов, колледжей, лицеев и школ. Комплексы ЛКМ-1, ЛКМ-2 и ЛКМ-3 обеспечивают без привлечения дополнительного оборудования постановку лабораторных работ по темам базового тематического каталога, помеченным знаком " +". ФИ3ИЧЕСКИЕ И3МЕРЕНИЯ 1. Приборы для измерения длины и времени + 2. Статистика времени реакции человека + 3. Измерение массы + КИНЕМАТИКА. ДИНАМИКА 4. Определение скорости снаряда по времени пролета + 5. Свободное падение + 6. Динамика поступательного движения (машина Атвуда) + 7. Закон Гука. Упругость пружин и систем пружин + 8. Определение модуля Юнга по колебаниям балки + 9. Определение модуля сдвига по кручению стержня + 10. Динамика вращательного движения + 11. Измерение моментов инерции. Теорема Штейнера + 12. Эллипсоид инерции + 13. Прецессия гироскопа + 14. Движение в вязкой среде. Лобовое сопротивление + 15. Определение коэффициентов трения + 16. Измерение трения в подшипниках + ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ 17. Молиость и КПД электродвигателя + 18. Закон сохр. энергии - постулат и вращат. движ. + 19. Закон сохр. энергии - пружинная пушка + 20. Закон сохранения импульса - баллистический маятник + 21. Закон сохр.мом. импульса - физич. баллист. маятник + 22. Закон сохр.мом. импульса - вращат. баллист. маятник + 23. Закон сохр.мом. импульса - торможение маховика + 24. Удар шаров: время и сила удара, потери энергии + МЕХАНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ 25. Колебания тела на пружине + 26. Вращательные колебания + 27. Математический маятник + 28. Физический маятник + 29. Ангармонические колебания при больших амплитудах + 30. Вынужденные колебания. Резонансные кривые + Комплексы имеют блочно-модульную структуру. Обеспечивают сборку установки для любой из лабораторных работ с затратами времени не более 3 минут (включая юстировку и настройку установки). Обеспечивают расширение перечня выполняемых работ. Могут комплектоваться дополнительными модулями расширения. 2. ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ЛКМ-1 Напряжение питания 220В, 50Гц220В, 50Гц220В, 50Гц Потребляемая мощность 100 Вт100Вт100Вт Габаритные размеры 0, 6*0, 8*0, 4м 0, 4х0, 8*0, 4м Масса комплекта 30кг 25кг 20кг 3. СОСТАВ ИЗДЕЛИЯ (комплект поставки)
Рис.1. Лабораторный комплекс ЛКМ-1 Лабораторный комплекс ЛКТ-9 «ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ФИЗИКИ ПАСПОРТ И ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ 1. НАЗНАЧЕНИЕ Комплексы серии ЛКТ предназначены для постановки лабораторных работ в физическом практикуме вузов, колледжей, лицеев и школ. Обеспечивают построение практикума как по классической программе (молекулярная физика и термодинамика изучаются после механики), так и по новым программам (молекулярная физика и термодинамика изучаются как часть курса " Строение вещества" в конце курса физики). Могут применяться также в практикумах по теплофизике и теплотехнике. Серия ЛКТ содержит: Популярное:
|
Последнее изменение этой страницы: 2016-08-31; Просмотров: 772; Нарушение авторского права страницы
ǽ = 
; 
( 1/м ) 
; 
Рис.1. Схема опыта Юнга с источником белого света
- длина волны света; 
- абсолютная погрешность; 
100% - относительная погрешность; 
1=545 нМ; 
=10, 5 нМ; 
мкм
мкм
– ширина щели.
(длина волны лазера) = 632, 8 нм = 632, 8 *10 -9м
; 
sin 
.
; m = ±1; ±2; ...
; m = ±1; ±2; 
связан с преломляющим углом призмы соотношением
+ 
