Лабораторный практикум по оптике, атомной и ядерной физике

  I.  Назначение лабораторного практикума

Лабораторный практикум по оптике, атомной и ядерной физике предназначен для получения и закрепления навыков самостоятельной работы с приборами и установками. Его необходимость и полезность обусловлена также эвристичностью и большим процентом в нем элемен­тов исследовательской работы. В лабораторный практикум, как правило, входят наиболее важные разделы изучаемого курса, иллюстрирую­щие основные исходные положения его и законы. Непосредственной экспериментальной проверкой можно убедиться в справедливости тех или иных закономерностей и базисных опытных фактов. Назначение это­го практикума имеет также своей целью непосредственное применение лекционного материала для объяснения конкретного круга оптических явлений, осуществляя прямую связь теории с практикой. Кроме того в процессе выполнения и защиты лабораторных работ студентам дается конкретный пакет обязательных вопросов и набор тем для самостоя­тельной работы. При этом контролируется уровни как исходных зна­ний при получении допуска к выполнению работ, так и выходных по конкретным темам и положениям. Студент на практике убеждается, что без знания теории практика не может обойтись, как и наоборот, то есть здесь требуется диалектическое единство.

  II.  Рекомендации по подготовке к выполнению и защите

лабораторных работ

При подготовке к выполнению работ необходимо взять в читальном зале библиотеки КПИ описание (методическое указание) соответствующее графику очередной лабораторной работы, законспектировать его. При этом обязательно написать название лабораторной работы, ее цель, используемое оборудование, приборы и установки. При конспектирова­нии теоретической части работы необходимо записывать материал в та­ком объеме и форме, чтобы по конспекту можно было легко подготовиться к защите данной работы и ответить на ту часть контрольных вопросов, которая касается теории работы. При конспектировании экспериментальной части работы необходимо описать физическую сущ­ность выполняемой работы и подробно описать порядок ее выполнения, результаты работы представить в виде графиков (на миллиметровке), или таблиц с рассчитанной, где это требуется, погрешностью измеряемой величины. В конце работы необходимо сделать вывод относительно соответствия, или не соответствия полученных результатов тому, что ожидается. Подготовку к защите лабораторной работы можно начинать с глубокого изучения и осмысления теоретической части ее. При этом ни в коем случае нельзя ограничиваться той малой информацией, которая приведена в методических указаниях: нужно найти соответствующий материал в учебниках, в своем конспекте лекций по оптике. Необходимо также хорошо понять смысл работы, ее цель и то, каким конкретным способом эта цель в данной работе достигается. При под­готовке к защите работы нужно завершить всю расчетную часть ее, построить графики (где это необходимо), или заполнить таблицу своих экспериментальных результатов. Для защиты работы кроме знания теории, деталей экспериментальной части ее, необходимо не только про­извести все вычисления и представить их преподавателю, но и иметь каждому студенту свой индивидуальный отчет по работе, знать отве­ты на все контрольные вопросы, которые приводятся в конце методических указаний по каждой лабораторной работе. При защите лабора­торных работ преподаватель также дает студенту задачи для самостоятельного решения по соответствующей теме. Варианты номеров за­дач и сами задачи имеются в лаборатории оптики.

  III.  Особенности техники безопасности и противопожарной

безопасности

При работе в лаборатории оптики, атомной и ядерной физики не­обходимо обратить внимание в первую очередь на соблюдение мер предосторожности при включении некоторых приборов в сеть напряжением 220 В. Для этого на столах используются гнезда в качестве розеток для включения, например, стиллоскопа, питания установки по фотоэффекту, осветителей сахариметра, микроскопов, рефрактометра, установки по наблюдению эффекта Фарадея, электронных счетчиков, лазера. Нужно следить за тем, чтобы заземляющие провода не были отсоединены от лабораторной клеммы «земля». Особо бережного обра­щения требует все оптические приборы: ни в коем случае нельзя ронять их даже на лабораторный стол, где они располагаются. Сразу же после выполнения работы требуется немедленное выключение любой установки из сети. Необходимо следить за тем, чтобы руки не касались оптической части установок: линз, зеркал, объективов, окуляров и т. д., ибо даже при одном касании на них остается заметный слой жира, который приводит к необходимости тщательной очистки спиртовым раствором этих элементов оптических установок. В работе по изучению внешнего фотоэффекта во избежание вывода из строя фотоэлемента требуется бережное обращение с ним: плавное перемещение его по направляющим, а также нужно следить за тем, чтобы микроамперметр не зашкаливал. При работе на стиллоскопе соблюдать режим его эксплуатации: кратковременно включать его на 5-10 секунд, ибо в противном случае возможен перегрев его и вывод из строя. Особо­го обращения требует лазер: ни в коем случае нельзя, чтобы либо не­посредственно, либо с помощью зеркала лазерный луч попал в глаз наб­людателю, так как при этом происходит ослепление глаза и даже потеря его зрительной способности из-за большой плотности энергии излу­чения. В работе по эффекту Фарадея требуется строго следить за тем, чтобы катушка–соленоид, создающая магнитное поле, не перегревалась при пропускании по ней электрического тока. При работе с раствора­ми необходимо соблюдать меры предосторожности с тем, чтобы эти раст­воры не попали на одежду. Что касается противопожарной безопасности в лаборатории оптики, то в случае, например, возникновения где-либо в подводящих проводах короткого замыкания, требуется немедленно отключить общий щит, расположенный в коридоре. При возникновении пожара нужно немедленно воспользоваться огнетушителем, либо быстро накрыть чем-либо (одеялом) горящий предмет. В случае невозможности тушения пожара в лаборатории – немедленно звонить по телефону 01 .

  IV.  Рекомендации по оформлению отчетов

В отчет входит законспектированное содержание методических ука­заний по соответствующей лабораторной работе. Этот конспект в обя­зательном порядке показывается преподавателю перед выполнением работы. При этом студент после беглого опроса его преподавателем по порядку выполнения работы получает допуск к выполнению работы. Кро­ме того в отчет входят также таблицы, графики полученных результатов, расчет погрешностей измеряемых величин. Оформлять отчет сле­дует так же, как это делалось ранее в лабораториях механики и электромагнетизма. При этом после выполнения каждой работы эксперимен­тальные результаты заверяются подписью преподавателя в обязательном порядке.

  V.  Образец оформления отчета

Вначале пишется номер лабораторной работы, ее название, цель работы, оборудование. После этого краткое теоретическое введение в произвольной форме, а затем излагается подробно по пунктам поря­док выполнения работы, приводятся таблицы полученных результатов с расчетом погрешностей и графический материал. В конце отчета не­обходимо сделать вывод о том, соответствует или нет полученные цифры ожидаемому результату.

Контрольные вопросы

Геометрическая оптика

1.  Какие линзы называются тонкими?

2.  Что такое фокус, фокусное расстояние, оптическая сила линза, фокальные плоскости линз?

3.  Начертите ход лучей для определения фокусных расстояний собирающей и рассеивающей линз.

4.  Сформулируйте и запишите основные положения геометрической оп­тики.

5.  Что такое абсолютный и относительный показатель преломления, в чем их физический смысл и связь с теорией Максвелла.

6.  Может ли двояковыпуклая линза иметь отрицательную оптическую силу?

7.  Какие Вы знаете основные закона рефракции?

8.  Построение изображений в рассеивающих линзах. Формула линзы, ее увеличение.

9.  Ход лучей в микроскопе. Увеличение микроскопа (вывод формулы).

10.  Ход лучей чрез плоскопараллельную пластинку. Расчет смещения этих лучей.

11.  Построение изображений в зеркалах.

12.  Оптическая сила линзы, ее зависимость от среды, окружающей линзу.

13.  Ход лучей через призму. Преломляющий угол призмы.

Дифракция света

1.  Сущность принципа Гюйгенса-Френеля и метода зон Френеля.

2.  Как записывается условие главных максимумов для дифракционной решетки?

3.  Какие различия между дифракционными и дисперсионными спектрами?

4.  Какие лучи в дифракционном спектре дальше отклоняется от перво­начального направления?

5.  Что такое разрешающая способность и дисперсия дифракционной решетки?

6.  Имеются ли естественные дифракционные решетки? Каковы условия формирования спектров на них?

7.  Какие Вы знаете области применения явления дифракции в науке и технике?

8.  Дифракция по Френелю и по Фраунгоферу.

9.  Дифракция на одной щели.

Интерференция света

1.  В чем заключается явление интерференции? Какие источники называют когерентными?

2.  Вывести условие максимума и минимума при интерференции по правилу Юнга.

3.  Почему интерференционная картина может наблюдаться при малом расстоянии между когерентными источниками и небольшой разности хода?

4.  Что такое разность хода и оптическая разность хода (объяснить с выводами)?

5.  Какого цвета нулевой максимум будет наблюдается при интерференции от двух когерентных источников белого цвета?

6.  Как практически получить интерференционную картину? Практичес­кие приложения явления интерференции.