Главная Случайная страница


Полезное:

Как сделать разговор полезным и приятным Как сделать объемную звезду своими руками Как сделать то, что делать не хочется? Как сделать погремушку Как сделать неотразимый комплимент Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами Как сделать идею коммерческой Как сделать хорошую растяжку ног? Как сделать наш разум здоровым? Как сделать, чтобы люди обманывали меньше Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили? Как сделать лучше себе и другим людям Как сделать свидание интересным?

Категории:

АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника






Объектива с помощью калибровочной сетки





1. Повторите эксперимент, описанный в задании 2, используя


да лучей, идущих от двух соседних щелей, будут для данного направления θ одинаковы в пределах всей дифракционной решетки: . (7.5) Очевидно, что в тех направлениях, в которых ни одна из щелей не распространяет свет, он не будет распространяться и при двух щелях, т.е. прежние (главные) минимумы интенсивности будут наблюдаться в направлениях, определяемых условием (7.2). Кроме того, вследствие взаимной интерференции световых лучей, посылаемых двумя щелями, в некоторых направлениях они будут гасить друг друга, т.е. возникнут дополнительные минимумы. Эти дополнительные минимумы будут наблюдаться в тех направлениях, которым соответствует разность хода лучей λ/2, 3λ/2, …, посылаемых, например, от крайних левых точек М и С обеих щелей. Таким образом, с учетом (7.5), условие дополнительных минимумов имеет вид: (m = 0, 1, 2, …). (7.6) Наоборот, действие одной щели будет усиливать действие другой, если (m = 0, 1, 2, …), (7.7) т.е. выражение (7.7) задает условие главных максимумов. Если дифракционная решетка состоит из N щелей, то условием главных минимумов является условие (7.2), условием главных максимумов – условие (7.7), а условием дополнительных минимумов ( ), (7.8) где может принимать все целочисленные значения, кроме 0, N, 2N, …, т.е. кроме тех, при которых условие (7.8) переходит в (7.7). Следовательно, в случае N щелей между двумя главными максимумами располагается N – 1 дополнительных минимумов, разделенных вторичными максимумами, создающими весьма слабый фон. Чем больше щелей N, тем большее количество световой энергии пройдет через решетку, тем больше минимумов образуется меж

вместо конденсора калибровочную сетку (вместо точечного источника протяженный предмет), установленную в двухкоординатном держателе (модуль 8) на расстоянии 20-40 мм от лазера. Принципы измерений те же.

2. Увеличение объектива β1 и β2 определяйте при двух его положениях, дающих резкое изображение сетки. Для этого для каждого из трех положений микропроектора определяйте шаг (расстояние между соседними штрихами) Н1 и Н2 двух резких изображений сетки, а также соответствующие значения a1, b1, a2, b2. Измерив данные величины, выньте калибровочную сетку из двухкоординатного держателя и вставьте ее в кассету микропроектора, расфокусируйте систему, сдвинув объектив на 1-2 см и измерьте шаг Н изображения сетки, получившегося на экране установки.



3. Проведите измерения, описанные в пункте 2, еще для двух положений микропроектора.

4. Увеличения находят по формулам:

5. Проанализируйте соотношение между и .

6. Полученные сведения занесите в таблицы. Данные, касающиеся определения фокусного расстояния объектива, занесите в таблицу, идентичную таблице в задании 2. Остальные результаты поместите в нижеследующую таблицы:

             
       
       

 

           
 


  7.2. Дифракция Фраунгофера на дифракционной решетке. Одномерной дифракционной решеткой называется система параллельных щелей равной ширины, лежащих в одной плоскости и разделенных равными по ширине непрозрачными промежутками. Как было показано выше, при дифракции Фраунгофера на одной щели распределение интенсивности на экране определяется направлением дифрагированных лучей. Это означает, что перемещение щели параллельно самой себе влево или вправо не изменит дифракционной картины. Следовательно, если перейти от одной щели ко многим (к дифракционной решетке), то дифракционные картины, создаваемые каждой щелью в отдельности будут одинаковыми. Дифракционная картина на решетке возникает как результат взаимной интерференции волн, идущих от всех щелей. Рассмотрим дифракционную решетку. На рис. 7.3. для наглядности показаны только две соседние щели MN и CD; ширина каждой щели равна a. Расстояние d между серединами (или соответствующими краями) соседних щелей называется постоянной (периодом) дифракционной решетки. Пусть плоская монохроматическая световая волна падает нормально к плоскости решетки. Так как щели находятся друг от друга на одинаковых расстояниях, то разности хо
     
     

 

Сделайте вывод о проделанной работе.

 

Контрольные вопросы

1. Что называется линзой? Какие классы линз вы знаете? От чего зависит, к какому классу относится линза?

2. Назовите основные характеристики линзы.

3. Дать определения действительного и мнимого изображения. От чего зависит вид изображения (действительное или мнимое, уменьшенное или увеличенное), созданного собирающей и рассеивающей линзами?



4. Как строится изображение предмета в собирающей линзе? Проиллюстрируйте примерами построения действительного и мнимого изображений.

5. Как строится изображение предмета в рассеивающей линзе? Покажите на примере.

6. На каком расстоянии от собирающей линзы с оптической слой 3 диоптрии нужно поместить предмет, чтобы получить его мнимое изображение, увеличенное в 5 раз?

7. Вывести формулу (2.3).

8. Что получается при сравнении с ?

9. Выполняются ли соотношения и ? Почему они должны выполняться?

10. Выведите соотношение между линейными увеличениями β1 и β2 в упражнении 2.

 

Литература

 


. (7.4) График функции (7.4) показан на рис. 7.2. Расчеты по данной формуле показывают, что интенсивности в центральном и последующих максимумах относятся как 1:0,047:0,017:0,0083:…, т.е. основная часть световой энергии сосредоточена в центральном максимуме. Из опыта и соответствующих расчетов следует, что сужение щели приводит к тому, что центральный максимум расплывается, а интенсивность уменьшается (это относится и к другим максимумам). Наоборот, чем щель шире (а > λ), тем картина ярче, но дифракционные полосы уже, а число самих полос больше. При в центре получается резкое изображение источника света, т.е. имеет место прямолинейное распространение света. Рис. 7.2.
  Лабораторная работа № 3. Измерение силы света лазера. Измерение интенсивность света в сферической волне. Цель работы: овладеть методами определения силы света, и экспериментально проверить зависимость интенсивности сферической волны от расстояния до источника. Оборудование: модули: микропроектор 2, конденсор 5, модуль 21 – мультиметр М 830-В на кронштейне, объектив 6; объекты: линза-насадка 42, фотодатчик диодный 38.   Краткая теория Основные фотометрические величины и единицы. Фотометрией называется раздел оптики, занимающийся измерением световых потоков и величин, связанных с такими потоками. В фотометрии используются следующие величины: 1) энергетические – характеризуют энергетические параметры оптического излучения безотносительно к его действию на приемники излучения; 2) световые – характеризуют физиологическое действие света и оцениваются по воздействию на глаз (исходя из так называемой средней чувствительности глаза) или другие приемники излучения. 1. Энергетические величины. Поток излучения Φe – величина, равная отношению энергии W излучения ко времени t, за которое излучение произошло: . (3.1) Единица потока излучения – ватт (Вт). Энергетическая светимость (излучательность)Re – величина, равная отношению потока излучения Φe, испускаемого поверхностью, к площади S сечения, сквозь которое этот поток проходит: , (3.2)


чтобы разность хода от краев этих зон была равна λ/2, т.е. всего на ширине щели уместится 2Δ/λ зон. Так как свет падает на щель нормально, то плоскость щели совпадает с фолновым фронтом; следовательно, все точки волнового фронт в плоскости щели будут равны, так как выбранные зоны Френеля имеют одинаковые площади и одинаково наклонены к направлению наблюдения. Из выражения (7.1) вытекает, что число зон Френеля, укладывающихся на ширине щели, зависит от угла θ. От числа зон Френеля, в свою очередь, зависит результат наложения всех вторичных волн. При интерференции света от каждой пары соседних зон Френеля амплитуда результирующих колебаний равна нулю, так как колебания от каждой пары соседних зон взаимно гасят друг друга. Следовательно, если число зон Френеля четное, то (m = 1, 2, 3, …), (7.2) и в точке Р наблюдается дифракционный минимум (полная темнота), если же число зон Френеля нечетное, то (m = 1, 2, 3, …), (7.3) и наблюдается дифракционный максимум, соответствующий действию одной нескомпенсированной зоны Френеля. Отметим, что в направлении щель действует как одна зона Френеля, и в этом направлении свет распространяется с наибольшей интенсивностью, т.е. в точке Р0 наблюдается центральный дифракционный максимум. Из условий (7.2) и (7.3) можно найти направления на точки экрана, в которых амплитуда (а следовательно и интенсивность) света равна нулю ( ) или максимальна ( ). Распределение интенсивности на экране, получаемое вследствие дифракции (дифракционный спектр) показано на рис. 7.2. Интенсивность света Iθ в точке, расположение которой характеризуется углом θ и интенсивность I0 в точке Р0, расположенной в центре дифракционной картины (против центра линзы) связаны между собой соотношением
т.е. представляет собой поверхностную плотность потока излучения. Единица энергетической светимости – ватт на метр в квадрате (Вт/м2). Интенсивность излучения: , (3.3) где ΔS – малая поверхность, перпендикулярная направлению распространения излучения, через которую переносится поток ΔΦе. Единица измерения интенсивности излучения такая же, как у энергетической светимости –Вт/м2. Для определения последующих величин понадобится использовать одно геометрическое понятие – телесный угол, который является мерой раствора некоторой конической поверхности. Как известно, мерой плоского угла является отношение дуги окружности l к радиусу этой окружности r, т.е. (рис. 3.1 а). Аналогично этому определяется телесный угол Ω (рис. 3.1 б) как отношение поверхности шарового сегмента S к квадрату радиуса сферы: . (3.4) Единицей измерения телесного угла служит стерадиан (ср) – это телесный угл, вершина которого расположена в центре сферы, и который вырезает на поверхности сферы площадь, равную квадрату радиуса: Ω = 1 ср, если . Нетрудно убедиться, что полный те


особенности дифракции сферической световой волны на отверстии и на диске разобраны в краткой теории к предыдущей лабораторной работе (разделы 6.1 – 6.3). В настоящей работе будет рассмотрена дифракция плоских световых волн, или дифракция в параллельных лучах, так же называемая дифракцией Фраунгофера, которая наблюдается в том случае, когда источник света и точка наблюдения бесконечно удалены от препятствия, вызывающего дифракцию. Чтобы этот тип дифракции осуществить на практике, достаточно точечный источник света поместить в фокусе собирающей линзы, а дифракционную картину исследовать в фокальной плоскости второй собирающей линзы, установленной за препятствием. Рассмотрим дифракцию Фраунгофера от бесконечно длинной щели (для этого практически достаточно, чтобы длина щели b была значительно больше ее ширины а). Пусть плоская монохроматическая волна падает нормально плоскости узкой щели (рис. 7.1). Оптическая разность хода между крайними лучами MC и ND, идущими от щели в произвольном направлении θ, , (7.1) где F – основание перпендикуляра, опущенного из точки М на луч ND.     Разобьем открытую часть волновой поверхности в плоскости щели MN на зоны Френеля (см. раздел 6.2), имеющие вид полос, параллельных ребру М щели. Ширина каждой зоны выбирается так,
лесный угол вокруг точки равен 4π стерадиан – для этого нужно поверхность сферы разделить на квадрат ее радиуса. Энергетическая сила света (сила излучения) Ie определяется с помощью понятия о точечном источнике света – источнике, размерами которого по сравнением с расстоянием до места наблюдения можно пренебречь. Энергетическая сила света – величина, равная отношению потока излучения источника к телесному углу Ω, в пределах которого это излучение распространяется: . (3.5) Единица энергетической силы света – ватт на стерадиан (Вт/ср). Энергетическая яркость (лучистость)Ве – величина, равная отношению энергетической силы света ΔIe элемента излучающей поверхности к площади ΔS проекции этого элемента на плоскость, перпендикулярную направлению наблюдения: . (3.6) Единица энергетической яркости – ватт на стерадиан-метр в квадрате (Вт/(ср·м2)).   Энергетическая освещенность (облученность)Ее характеризует величину потока излучения, падающего на единицу освещаемой поверхности. Единица энергетической освещенности совпадает с единицей энергетической светимости (Вт/м2). 2. Световые величины. При оптических измерениях используются различные приемники излучения (например, глаз, фотоэлементы, фотоумножители), которые не обладают одинаковой чувствительностью к энергии различных длин волн, являясь, таким образом, селективными (избирательными). Каждый приемник светового излучения характеризуется своей кривой чувствительности к свету раз


3. Чем отличается дифракция Френеля от дифракции Фраунгофера? Что является критерием наблюдения того или иного типа дифракции? 4. Дать определение зон Френеля? Вывести формулу для радиусов зон Френеля (6.17). 5. Как связаны между собой амплитуда и интенсивность света, пришедшего в точку наблюдения от одной только центральной зоны Френеля и от всей волновой поверхности? 6. Объяснить механизм возникновения дифракционной картины при дифракции Френеля на диске. В каком случае в центре тени, отбрасываемом диском, будет наблюдаться светлое пятно? Почему? 7. Объяснить механизм возникновения дифракционной картины при дифракции Френеля на круглом отверстии. В каких случаях в центре дифракционной картины будет наблюдаться светлое пятно, и в каких случаях будет наблюдаться темное пятно? Почему? 8. Почему для получения плоской волны при выполнении упражнения 2 объектив устанавливают за линзой-конденсором на расстоянии, равном фокусному расстоянию объектива? Литература     Лабораторная работа №7 Дифракция Фраунгофера Цель работы: изучить экспериментально закономерности дифракции Фраунгофера на одной щели и на одномерной дифракционной решетке. Оборудование: модули:микропроектор 2, линза-конденсор 5, объектив 6, двухкоординатный держатель 8; объекты: экраны с щелями 23, 27, 29, 30, одномерная дифракционная решетка 32.   Краткая теория 7.1. Дифракция Фраунгофера на одной щели. Дифракцией называется огибание волнами препятствий, встречающихся на их пути, или в более широком смысле – любое отклонение распространения волн вблизи препятствий от законов геометрической оптики. Условия наблюдения дифракционных явлений, объяснение явления дифракции на основе принципа Гюйгенса-Френеля, а также
личных длин волн. Поэтому световые измерения, являясь субъективными, отличаются от объективных, энергетических, и для них вводятся световые единицы, используемые только для видимого света. Основной световой единицей в СИ является единица силы света – кандела (кд), которая определяется как сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540·1012 Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср. Определение световых единиц аналогично энергетическим. Световой поток Φсв определяется как мощность оптического излучения по вызываемому им световому ощущению (про его действию на селективный приемник света с заданной спектральной чувствительностью). Единица светового потока – люмен (лм): 1 лм – световой поток, испускаемый точечным источником силой света в 1 кд внутри телесного угла в 1 ср (при равномерности поля излучения внутри телесного угла) (1 лм = 1 кд·ср). Сила света Iсв связана со световым потоком соотношением , (3.7) где св – световой поток, излучаемый источником в пределах телесного угла . Если Iсв не зависит от направления, источник света называется изотропным. Для изотропного источника . (3.8) Поток энергии . Φе, измеряемый в ваттах, и световой поток Φсв, измеряемый в люменах, связаны соотношением: , лм, (3.9) где - константа, - функция видности, определя


               
         
         
         
         

9. Освободите кассету модуля 8 и подберите положение объектива так, чтобы волна сфокусировалась в плоскости Э2 (на фронтальном экране установки должна получиться яркая точка минимальных размеров, при этом модуль 2 должен быть в стандартном положении с координатой риски 670 мм). Перемещая микропроектор влево, вы будете получать дифракционные картины Френеля в сферической сходящейся волне.

10. Повторно выполните пункты 3 - 6 .

11. Расстояние от риски модуля 8 до точки фокусировки волны (первоначального положения риски микропроектора) будет постоянным. Зная , найдите с помощью (6.25) соответствующие значения и, учитывая, что , определите из (6.23) длину волны излучения: .

12. Постройте график зависимости от .

13. Результаты выполнения пунктов 10-12 занесите в таблицу:

                   
           
           
           
           

Сделайте вывод о проделанной работе.

 

Контрольные вопросы

1. Дать определения угла дифракции и длины дифракции.

2. При каком условии перестают выполняться законы геометрической оптики?

емая чувствительностью человеческого глаза к излучению различных длин волн. Максимальное значение достигается при . В комплексе используется лазерное излучение с длиной волны . В этом случае . СветимостьRсв определяется соотношением . (3.10) Единица светимости – люмен на метр в квадрате (лм/м2). Яркость Вφ светящейся поверхности площадью S в некотором направлении, образующем угол φ с нормалью к поверхности, есть величина, равная отношению силы света в данном направлении к площади проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную данному направлению: . (3.11) Источники, яркость которых одинакова по всем направлениям, называются ламбертовскими (подчиняющимися закону Ламберта) или косинусными (поток, посылаемый элементом поверхности такого источника, пропорционален ). Строго следует закону Ламберта только абсолютно черное тело. Единица яркости – кандела на метр в квадрате (кд/м2). Освещенность Е – величина, равная отношению светового потока, падающего на поверхность, к площади этой поверхности: . (3.12) Единица освещенности – люкс (лк): 1 лк – освещенность поверхности, на 1 м2 которой падает световой поток в 1 лм ( 1 лм = 1 лк/м2).   Порядок выполнения работы


лучей – плоскую волну. Для этого необходимо поставить линзу-конденсор (модуль 5) вблизи излучателя, затем установить объектив (модуль 6) на расстоянии от линзы-конденсора, равном фокусному расстоянию объектива (100 мм). Проверьте, является ли пучок лучей, вышедший из объектива, параллельным. Для этого поставьте за объективом микропроектор (модуль 2) с установленным в его кассете свободным экраном (объект 45, устанавливается шкалой вниз). Перемещая модуль 2 вдоль оптической шкалы, убедитесь, что размер пятна на экране не изменяется. Затем освободите кассету микропроектора. 3. Вставьте в кассету модуля 8 объект 18 (непрозрачный экран с круглым отверстием диаметром ) и придвиньте этот модуль вплотную к объективу. 4. С помощью юстировочных винтов модуля 8 установите отверстие на оси пучка света и получите на экране установки дифракционную картину. Расстояние между экранами Э1 (модуль 8) и Э2 (модуль 2) (рис. 6.8) можно изменять перемещением влево модуля 2, с которым связана плоскость Э2, «просматривая» распределения интенсивности на различных расстояниях от экрана с отверстием Э1. 5. Движение модуля 2 начинайте из стандартного его положения с координатой риски 670 мм. Определите значения , при которых открыты и т. д. зоны Френеля. В начале движения вы будете наблюдать светлое пятно в центре картины. Считайте его первой зоной. Затем, по мере приближения к модулю 8, в центре светлого пятна возникнет темное пятно, и вы будете иметь уже две зоны Френеля… И так вплоть до соприкосновения микропроектора с двухкоординатным держателем. 6. Постройте график зависимости от . 7. Учитывая, что в данном случае , , определите из (6.23) длину волны излучения: . 8. Результаты занесите в таблицу:
Задание 1. Определение силы света лазера. Рис. 3.2.   Измерив диаметр расходящегося пучка лазера в двух его сечениях, разнесенных на расстояние , можно найти малый угол расходимости пучка и телесный угол , в котором распространяется излучение (рис. 3.2): , (3.13) . (3.14) Сила света в канделлах определяется по формуле: , (3.15) где - константа, мощность излучения устанавливается минимальной - равной (ручка регулировки тока лазера повернута до крайнего положения против часовой стрелки), - функция видности, определяемая чувствительностью человеческого глаза к излучению различных длин волн. Максимальное значение достигается при . В комплексе используется


Рис. 6.8. Рис. 6.9. Если на экран Э1 падает расходящаяся волна от точечного источника S (рис. 6.8) или волна, сходящаяся в точке S (рис. 6.9), то вычисление фазовых сдвигов и количества открытых зон Френеля приводят к тем же формулам (6.21)-(6.22), что и для плоской волны, в которых, однако, выражается через расстояние от фокуса волны до экрана Э1 и расстояние от экрана Э1 до экрана Э2. Для расходящейся волны . (6.24) Для сходящейся волны . (6.25) Плоской волне, очевидно, соответствует , .   Эксперимент 1. Оснащение установки то же, что и в предыдущем задании, только кассета модуля 8 должна быть пуста. 2. С помощью модулей 5 и 6 создайте параллельный пучок

лазерное излучение с длиной волны . В этом случае .






Date: 2015-08-06; view: 142; Нарушение авторских прав

mydocx.ru - 2015-2019 year. (0.02 sec.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав - Пожаловаться на публикацию