Порядок выполнения работы и обработки результатов

Приборы и принадлежности: генератор, источник питания генератора, приемник, галь­ванометр, плосковыпуклая линза, металлическое зер­кало и поляризационная решетка.

Упражнение 1. Изучение преломления волн и фокусирующих свойств плосковыпуклой линзы.

Приемник устанавливают на некотором расстоянии от генератора. Фиксируют величину сигнала, поступающего в приемник.

Между генератором и приемником помещают собирательную плоско­выпуклую линзу и, перемещая ее к приемнику, фиксируют усиление сиг­нала в приемнике по сравнению с сигналом в этом месте без линзы. Усиление сигнала связано с собирательными свойствами линзы.

1. Установите приемник волн на расстоянии 50 см от генерато­ра, измерьте величину сигнала, улавливаемого приемником (отклоне­ние стрелки гальванометра в делениях - n₀), и запишите его зна­чение в табл. 1.

Таблица 1. Результаты измерений и вычислений.

n₀= делений

2. Между приемником и генератором поместите плосковыпуклую линзу, на расстоянии 30 см от приемника (плоской стороной к генератору). Измерьте величину сигнала - n и запишите в табл. 1, отме­тив положение линзы на оптической скамье (координату).

3. Перемещая линзу к приемнику через каждый сантиметр, фикси­руйте положение линзы и величину сигнала. Результаты измерений записывайте в табл. 1.

4. Рассчитайте усиление сигнала для каждого положения линзы (n/n₀) и результат запишите в табл. 1.

5. Постройте графическую зависимость усиления сигнала

(n/n₀) от положения линзы х.

6. По графику определите фокусное расстояние линзы.

Упражнение 2. Изучение интерференции волн и определение длины электромагнитной волны по интерферен­ционной картине стоячей волны.

На скамье расположены генератор и метал­лическая пластина. Между генератором и пластиной перемещается приемник волны. Электромагнитная волна, отраженная от металлической пласти­ны, интерферирует с прямой (падающей волной), в результате образу­ется стоячая электромагнитная волна.

Перемещая приемник по скамье, измеряют места, соответствующие пучностям (максимальный сигнал) и узлам (минимальный сигнал). По расстояниям между пучностями (или узлами) определяют длину волны.

1. На расстоянии 60 см от генератора перпендикулярно ему расположите металлическое зеркало, отражающее волну в обратном направлении.

2. Между генератором и металлическим зеркалом поместите при­емник на расстоянии ~ 40 см от экрана, измерьте по гальванометру величину сигнала n и положение зеркала на оптической скамье х. Результат запищите в табл. 2.

Таблица 2. Результаты измерений

3. Перемещая приемник к зеркалу через каждые 0,5 см, фикси­руйте положение приемника на оптической скамье X и величину сигна­ла n. Измерения выполните на отрезке ~ 15 см.

4. Постройте графическую зависимость величины сигнала n от положения приемника на оптической скамье х. Должна получиться синусообразная кривая, в которой максимумы соответствуют пучностям в световой волне, а минимумы - узлам.

5. Измерьте по графику расстояние между соседними пучностями по всей кривой (Δ x) и результаты запишите в табл. 3.

Таблица 3. Результаты вычислений.

6. По расстояниям между соседними пучностями рассчитайте длину волны по выражению λ=2Δx и результаты запишите в табл. 3.

7. Оцените точность ваших измерений, определив среднее выбо­рочное и доверительный интервал, задавшись доверительной вероят­ностью. Обработку выполните, как для прямых измерений.

Упражнение 3. Изучение поляризации волн и определение плоскости поляризации электромагнитной волны.

Генератор излучает плоско поляризованную волну, в которой век­тор напряженности электрического поля колеблется в горизонтальной плоскости. Если на пути волны поставить поляризационную решетку и вращать ее, то интенсивность волны, улавливаемой приёмником, бу­дет изменяться от минимума до максимума (рис. 7). Максимум - электрическая составляющая волны свободно проходит в зазоры между прутьями решетки; минимум – не проходит, т.к. отражается от них.

Рис. 7.

а – волна не проходит;

б – волна проходит частично;

в – волна проходит полностью.

1. На расстоянии ~ 50 см от генератора волн установите прием­ник. Между генератором и приемником поместите поляризационную решетку.

2. Вращая решетку вокруг оси, установите металлические прутки в решетке вертикально, зафиксируйте величину сигнала в гальвано­метре n и запишите результат измерения в табл. 4, отметив угол поворота решетки φ = 0°.

Таблица 4. Результаты измерений.

3. Поворачивая решетку через каждые 15°, произведите измере­ние величины отклонения стрелки гальванометра; результаты измерений запишите в табл. 4.

4. Постройте графическую зависимость отклонений стрелки галь­ванометра n от угла положения решетки. По графику сделайте вывод о плоскости поляризации волн.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что такое электромагнитная волна? Какова скорость ее распро­странения и от чего она зависит?

2. Запишите уравнения в интегральной форме для плоской элект­ромагнитной волны и изобразите графически мгновенную картину такой волны.

3. Объясните основные свойства электромагнитных волн: отраже­ние и преломление, интерференция, дифракция и поляризация.

4. Как образуется стоячая волна? Запишите уравнение стоячей волны. Что такое пучности и узлы в стоячей волне?

5. Опишите установку и методику измерений в каждом упражнении.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

1. На пути неполяризованной электромагнитной волны устанавлива­ют две поляризационные решетки с металлическими прутками. Одну из решеток начинают вращать вокруг направления распространения волны. Что будет фиксировать приемник, установленный после обеих решеток?

2. При интерференции когерентных волн в местах, соответствую­щих максимуму интерференционной картины, интенсивность волн (энергия, переносимая через единицу площади в единицу времени) возрастает в 4 раза. Не возникает ли здесь противоречие с законом сохранения энергии?

ЛИТЕРАТУРА

1.Савельев И. В.Курс общей физики.— М.: Наука, 1978.— Т.2.—480 с.

2. Трофимова Т.И. Курс физики: Учебник для студ. вузов.-М.:Высш.шк.,1985.-432с.

Издательство кафедры физики ПГТУ 10 экз. январь 2011г.

[1] Здесь Δ - оператор Лапласа, обозначающий сумму вторых частных производных по координатам ().