Форма отчета по лабораторной работе

Вводная часть

Практикум по медицинской и биологической физике организован таким образом, чтобы в процессе его прохождения привить навыки научного метода изучения природы, включающего экспериментальное исследование изучаемых процессов и математический анализ результатов измерения.

Каждая лабораторная работа должна рассматриваться студентом как небольшое самостоятельное исследование, при подготовке и в ходе выполнения которого он должен дать теоретическое обоснование (аналог литературного обзора) и сформулировать цель исследования, приобрести навыки работы с измерительными приборами, овладеть основными методами статистической обработки измерений, произвести анализ полученных результатов.

Все вышесказанное определяет следующую форму оформления отчета.

Форма отчета по лабораторной работе

1. Фамилия, имя, отчество исполнителя, номер группы и дата.

2. Название работы и ее цель.

3. Теоретическое обоснование исследования, включающее расчетные формулы определяемых величин.

4. Зарисовка прибора или схемы установки.

5. Приборные таблицы в тех работах, где используются электроизмерительные приборы.

6. Таблицы измерений

7. Данные статистической обработки результатов измерения с записью окончательного результата.

8. Графическое представление результатов эксперимента.

9. Анализ полученных результатов.

Для оформления отчета следует использовать специально разработанные на кафедре бланки, пример на рис.1.

Составление протокола лабораторной работы начинается при самостоятельной подготовке к работе. Полностью выполняются первые четыре пункта, а также подготавливаются приборные таблицы и таблицы измерений. Дальнейшее составление отчета продолжается на самом занятии, при этом заполняются приборные таблицы после ознакомления с приборами, находящимися на рабочем месте:

—заполняются таблицы измерений в процессе выполнения исследования;

—выполняются последующие задания, отраженные в форме отчета (пп.7-9)

Студент(ка)_____________________ Группа №_____________________________

Преподаватель__________________ Подпись преподавателя_________________

Дата___________________________

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЛАСТИ СЛЫШИМОСТИ МЕТОДОМ ПОРОГОВ

Цель работы:

Приборы и принадлежности:

Теоретическое обоснование:

Схема установкн:

Таблица измерений:

v, Гц	lg(v)	L, дБ	L ± ΔL,дБ
L1	L2	L3
vh =
vl =

Расчетные формулы:

Выводы

Задачи

Ремизов А.Н., Максина А.Г. Сборник задач по медицинской и биологической физике- М.: 2001, гл.2.1 №№2.162-2.166; 2.174-2.179

Литература:

Ремизов А.Н., Максина А.Г. Медицинская и биологическая физика. –М.: Высшая шк.,2003, гл.8, §§ 8.1-8.4.

Лабораторная работа №2.

Задание 1

Определение граничных частот области слышимости

Порядок выполнения работы:

1. Включите генератор звуковых колебаний.

2. Подключите головной телефон к выходу звукового генератора.

3. Установите переключатель ОСЛАБЛЕНИЕМ положение 0 дБ, а переключатель плавного усиления в положение максимального усиления сигнала.

4. Приложите наушник к левому уху.

5. Установите с помощью переключателей диапазонов частот и плавной регулировки максимально возможное значение частоты.

6. Уменьшите частоту колебаний, зафиксировав то значение частоты, при котором появится звуковое ощущение. Эта частота определяет наибольшую частоту области слышимости v_h. Запишите показание в таблицу 1

7. Установите значение частоты, равное 50 Гц, и, уменьшая ее значение, установите границу слышимости в области низких частот v_l. Запишите показание в таблицу 1

8. Аналогичным образом определите граничные частоты для правого уха.

Таблица 1. Таблица измерений

v, Гц	lg(v)	L, дБ	L ± ΔL,дБ
L1	L2	L3
vh =
vl =

Задание 2

Определение зависимости порога слухового ощущения от частоты звука (снятие аудиограммы)

Порядок выполнения работы:

1. Установите на звуковом генераторе частоту v_h, определенную в задании 1.

2. Установите переключатель ОСЛАБЛЕНИЕ делителя напряжения в положение максимального ослабления.

3. Установите ручкой плавного усиления напряжения на шкале вольтметра, отградуированной в децибелах, значение -10 дБ.

4. Поворачивайте переключатель ступенчатого ослабления до появления звука.

5. Верните переключатель ОСЛАБЛЕНИЕ в предыдущее положение, когда звук не был слышен.

6. Затем поворотом ручки плавного усиления напряжения добейтесь появления звука.

7. Определите порог слышимости, равный сумме соответствующих показаний (в децибелах) делителя напряжения и вольтметра (с учетом знаков). Запишите показание в таблицу 1

8. Повторите измерения еще два раза, зафиксировав в таблице 1 как .

Задачи

Ремизов А.Н., Максина А.Г. Сборник задач по медицинской и биологической физике. 3-е изд., –Москва, Дрофа, 2010. –192 с., №№ 2.130, 2.131, 2.143, 2.151, 2.152, 2.161, 2.167, 2.170, 2.182, 2.180

Список литературы:

1. Ремизов А.Н. Максина А.Г., Потапенко А.Я. Медицинская и биологическая физика: учеб. для вузов. – 9-е изд., Москва, Дрофа, 2009.- 559 с. Глава 7.

2. Антонов В.Ф., Черныш А.М., Козлова Е.К., Коржуев А.В. Физика и биофизика. Учебник для студентов медицинских вузов. – Москва, ГОЭТАР-Медиа, 2008.

3. Блохина М.Е., Эссаулова И.А., Мансурова Г.В. Руководство к лабораторным работам по медицинской и биологической физике. 2-е изд., – Москва, Дрофа, 2001. –288 с.

4. Антонов В.Ф., Пасечник В.И., Черныш А.М., Вознесенский С.А., Козлова Е.К. Практикум по биофизике. – М.: ВЛАДОС, 2000.-287 с. Глава 9

Таблица измерений

Теплоемкость калориметра С=	Сопротивление нагревателя R=
Постоянная термобатареи β=	Ток нагревателя I=
Опыт с мышью	Опыт с нагревателем
Время t,мин	ЭДС Еt, мВ	ΔТ=Тi-Te ,Сo	Время t,мин	ЭДС Еt, мВ	ΔТ=Тi-Te ,Сo

4. Через 1-2 минуты, необходимые для успокоения мыши, запишите в левую часть таблицы первое показание милливольтметра Е, соответствующее времени t=0. В дальнейшем производите записи показаний через каждые 2 минуты в течение 16 минут. С согласия преподавателя опыт можно остановить раньше, если температура перестала изменяться.

5. Выньте мышь, дайте калориметру проветриться и остыть с открытыми крышками в течение 20 минут. Первая часть опыта закончена.

6. Поместите в середину калориметра нагреватель, закройте крышки, включите питание нагревателя (розетка 12 В), запишите в таблицу величину силы тока, идущего по нагревателю, и через 15-20 секунд запишите первое показание милливольтметра, соответствующее времени t=0. Переключатель диапазонов милливольтметра должен стоять в положении 100мА).

7. Повторяйте измерения каждые 2 мин в течение 16 мин. Результаты занесите в правую часть таблицы.

8. Закончив измерения, выключите нагреватель, выньте его из калориметра, выключите всю установку.

Обработка результатов измерений:

1. Вычисляется и заносится в соответствующие графы таблицы разность температур внутренней Т_i и внешней Т_e коробки как для опыта с мышью, так и для опыта с нагревателем:

Т_i – Т_e= = = 4Ei

2. На одном листе миллиметровой бумаги строятся графики зависимости разности температур ∆Т и ∆Т^/ от времени. Рекомендуемые масштабы:

по оси абсцисс 1 мин – 1 см

по оси ординат 1С^о – 4 см.

3. Находятся площади (в см²) S_м и S_н под этими графиками.

4. По результатам опыта с нагревателем, используя принятые обозначения, находится суммарный коэффициент теплообмена

где t — время опыта для нагревателя или мыши.

5. Рассчитываются энерготраты мыши за время опыта и средняя мощность, выделяемая животным в процессе теплообмена

Q= C ∆T м+ A Sм

6. Сделайте вывод. В выводе отразите:

6.1 Достигнута ли цель работы?

6.2 Какое явление наблюдали?

6.3 Оцените среднюю мощность, выделяемую мышью.

7. Дайте теоретическое обоснованиеработы, опираясь на вопросы для самоподготовки

Вопросы для самоподготовки:

1. 1-й закон термодинамики. Применение 1-го закона термодинамики к живым организмам.

2. Виды работ, совершаемых организмом.

3. Теплообмен. Виды теплообмена.Уравнение теплового баланса живого организма.

Задачи.

1.Сколько тепла теряет человек за 1 мин в результате лучеиспускания, если поверхность тела имеет температуру 32⁰С ,а площадь – 1,2 м²? Температура окружающей среды 17⁰С. Тело можно считать абсолютно черным (постоянная Стефана-Больцмана 5,7 10^-8Вт/(м² К⁴)

2.Наружная поверхность участка кожи площадью 0,02 м² имеет температуру 29⁰С, температура внутренней среды 38⁰С, коэффициент теплопроводности кожи 0,2 Вт(/м К). Какое количество теплоты в час теряется через этот участок, если толщина кожи 1 см?

Литература:

1.Ремизов А.Н. Максина А.Г., Потапенко А.Я. Медицинская и биологическая физика: учеб. для вузов. – 9-е изд., Москва, Дрофа, 2009

2. Соколов Д.В. Поспелова И.И. Введение в биологическую термодинамику (учебное пособие для студентов 1 курса) – Л.:Изд-во 1 ЛМИ, 1991. – 34с.

Подготовка к работе

Поляриметр представляет собой систему анализатор-поляризатор, между которыми помещается кювета с оптически активным веществом. Человеческий глаз лучше воспринимает относительные, чем абсолютные значения интенсивности, поэтому в этих приборах используется принцип уравнивания минимальных освещённостей поля зрения, разделённого на три части путём введения в оптическую систему прибора кварцевой пластины. Пластина занимает только среднюю часть поля зрения, таким образом поворачивая плоскость поляризации центральной части светового пучка относительно плоскости поляризатора на несколько градусов. Основные элементы оптической схемы поляриметра приведены на рис.1

Рис.1 Оптическая схема поляриметра

1-источник света, 2- поляризатор, 3- кварцевая пластинка, поворачивающая электрический вектор центральной части светового пучка, 4 – кювета с раствором, 5 - анализатор

Порядок выполнения работы

1. Вращением втулки наблюдательной трубки установите окуляр по глазу на резкое изображение линии раздела полей сравнения.
2. Вращая ручку поворота анализатора, добейтесь равенства минимальных освещенностей полей сравнения.
3. Снимите отсчет по нониусному устройству (n₀)
4. Введите в поляриметр кювету с раствором известной концентрации. При этом равенство частей поля зрения нарушается и может быть восстановлено поворотом анализатора на угол, равный углу поворота плоскости поляризации жидкостью. Если изменилась резкость картины, её можно отрегулировать окуляром. После поворота анализатора снимите соответствующие отсчёты по нониусному устройству. Каждый отсчёт снимайте не менее трёх раз. Данные занесите в таблицу измерений.
5. Введите в поляриметр последовательно кюветы с растворами остальных известных

концентраций и одной неизвестной концентрации и снимите соответствующие показания нониусной шкалы после поворота анализатора. Данные занесите в таблицу измерений

Если отсчет n_o отличен от нуля, то заполните в таблице графу n_i – n_o ,вычтя из каждого отсчёта нулевой n₀ . Тогда график пройдёт через начало координат.

Таблица измерений

Концентрация раствора , %	С0	С1	С2	С3	Сx
Отсчёт по шкале поляриметра n	n0	n1	n2	n3	n4 ( nx )
ni – n0

Цель работы

Ознакомление с принципом работы и устройством рефрактометра, определение концентрации в заданном растворе

Приборы и принадлежности

Рефрактометр, набор растворов Nacl или яичного альбумина известных и неизвестных концентраций.

Подготовка к работе

Рассмотрите рефрактометр типа РЛ. Основная деталь рефрактометра –призма- помещается в верхней части корпуса, навинченного на штатив. Она состоит их двух прямоугольных призм из тяжёлого стекла (n=1,7), сложенных гипотенузами и вмонтированных в полые кожуха, выполненные в виде полуцилиндров. Нижний из них неподвижно прикреплён к корпусу, а верхний откидывается на шарнире. Пространство между призмами заполняется исследуемой жидкостью. С левой стороны корпуса имеется отверстие, через которое на призму направляется свет от осветителя. Принцип действия прибора основан на явлении полного внутреннего отражения .

Явление полного внутреннего отражения –это следствие закона преломления света. Луч, падающий на границу раздела двух сред с разными показателями преломления n₁ и n₂ (показатель преломления среды-это отношение скорости света в вакууме к скорости света в среде n= c/ v), испытывает на границе раздела отражение и преломление (Рис.1). Если n₂ < n₁ ,то при определённом угле падения α _пред (предельный угол полного внутреннего отражения) преломленный луч будет скользить вдоль границы раздела сред (т.е.угол преломления γ =90⁰ ). При больших углах падения падающий луч будет испытывать только отражение, и во второй среде преломлённого луча не будет (Рис.2). Величину предельного угла можно найти из закона преломления

Рис.3. Оптическая схема рефрактометра.

В рефрактометре пучок световых лучей, испускаемых источником света S, направляется на грань АС призмы АВС и после преломления лучи достигают матовой грани АВ (Рис.3). После рассеяния на матовой поверхности лучи входят в жидкость и достигнут преломляющей грани ДЕ под различными углами. Наибольший из этих углов, очевидно, 90⁰, в этом случае лучи скользят вдоль грани ДЕ. После преломления эти лучи определяют границу распространения света, так как им соответствует предельный угол преломления. В окуляре прибора видно поле зрения, разделённое на две половины- светлую и тёмную. Положение границы между этими областями определяется величиной предельного угла, а, следовательно, зависит от показателя преломления жидкости. Поэтому на шкале рефрактометра, совмещённой в окуляре с полем зрения, нанесены не значения предельных углов, а прямо значения показателей преломления n.

Если пользоваться для освещения белым светом , то граница будет окрашена в разные цвета, так как показатели преломления для света различных длин волн будут различны. В этом случае добиться резкой границы можно с помощью компенсатора, расположенного слева от окуляра.

Порядок выполнения работы

1. Откиньте верхнюю призму рефрактометра и нанесите пипеткой на нижнюю призму несколько капель дистиллированной воды. Опустите призму вплотную к нижней.

2. Осветите входное отверстие, сфокусируйте окуляр зрительной трубы и добейтесь яркого освещения поля зрения.

3. Медленно передвигайте окуляр вдоль шкалы до появления в поле зрения границы свет-тень.

4. Если граница окрашена, то это нужно устранить, вращая рычажок компенсатора.

5. Одновременно в окуляр видна шкала, на которой нанесены значения показателя преломления и визирная линия. При измерениях, перемещая окуляр, добейтесь совмещения визирной линии с границей раздела и по левой шкале отсчитайте значение показателя преломления для воды и занесите в таблицу измерений

6. Аналогичным способом измерьте показатели преломления для известных и неизвестной концентраций и занесите в таблицу

7. После промера каждой концентрации призмы необходимо промывать дистиллированной водой.

Таблица измерений

Концентрация растворов, С%	С0	С1	С2	С3	С4	Сч (С5)
Показатель преломления, ni	n0	n1	n2	n3	n4	nx (n5)
ni - n0

Литература

Лекции

Ремизов А.Н. , Максина А.Г., Потапенко А.Я. Медицинская и биологическая физика.- М.: Дрофа, 2005, гл 20 , § 1,2,3,4,5

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №10

1. СВОЙСТВА ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯННОЙ ДИФРАКЦИОННОЙ СТРУКТУРЫ.

2.ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗРЕШАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ МИКРОСКОПА МЕТОДОМ АББЕ.

Задание 1. Определение расходимости лазерного излучения.

Расходимость лазерного излучения определяется пространственной когерентностью источника излучения. Пространственная когерентность — это корреляция между фазами волн, излученными источниками, расположенными в разных точек пространства. Степень пространственной когерентности излучения лазера определяет степень его направленности (коллимированности). Расходимость лазерного излучения — это плоский или телесный угол, характеризующий ширину диаграммы направленности лазерного излучения в дальней зоне.

Порядок выполнения измерений:

1. Установите экран Э₁ на расстоянии более 1м от выходного зеркала лазера, измерьте диаметр светового пятна D₁ на экране Э₁ .
2. Установите экран Э₂ на расстоянии L от экрана Э₁ и измерьте диаметр светового пятна D₂ на экране Э₂ , предварительно убрав экран Э₁ .
3. Измерения D₁, D₂, L проведите не менее 3 раз, данные по каждому источнику излучения занесите в таблицу.
4. Расходимость источника рассчитайте по формуле:

θ = ( D₂ - D₁)/2L (радиан) ,определите среднее значение и косвенную погрешность измерений, учитывая систематические ошибки при измерении D₁, D₂, L .

1. Сравните расходимости различных источников и сделайте выводы, объяснив причину различной расходимости.

№ опыта	D1(м)	D2(м)	L(м)	θ
				θ±∆θ

Задание 2. Анализ поляризованности лазерного излучения.

Поляризация — это проявление поперечности электромагнитной волны, т. е. сохранение постоянного ортогонального положения взаимно перпендикулярных векторов напряженности электрического и магнитного полей по отношению к скорости распространения волнового фронта. Вид поляризации (линейная, круговая, эллиптическая) лазерного излучения определяется оптическим резонатором. Резонаторы с брюстеровскими окнами разрядной трубки или внутренними призмами дают устойчивую линейную поляризацию.

Для анализа поляризованного света используется анализатор (поляризационная призма Николя или поляроид).

Если свет линейно поляризован, то при вращении анализатора наблюдается изменение интенсивности по закону Малюса I = I₀cos²φ.

Если свет эллиптически поляризован, то при вращении анализатора будет наблюдаться изменение интенсивности, но в минимуме интенсивность не будет равна нулю.

Если свет естественный или поляризован по кругу, то вращение плоскости анализатора не приводит к изменению интенсивности. Поэтому для качественного анализа поляризованности света, в этом случае, наряду с анализатором используют пластинку λ/4. Если при повороте анализатора изменение интенсивности света не наблюдается, то свет естественный: если есть положения, при которых интенсивность света равна нулю, то свет поляризован по кругу.

Порядок выполнения измерений:

1. Поворачивая анализатор, измерьте интенсивность падающего на фотоприемник пучка света, записывая в таблицу показания микроамперметра через 20° поворота лимба.
2. Для анализа поляризованности излучения, обладающего значительной расходимостью, необходимо использовать собирающую линзу.
3. Проведите измерения для предложенных лазеров.
4. По данным таблицы постройте графики зависимости интенсивности от угла поворота анализатора φ.
5. Сделайте выводы, сравнив поляризованность излучения различных источников, и объясните причину различной степени поляризации.

Угол поворота φ	0°	20°	40°	60°	80°	100°	120°	140°	160°	180°
Интенсивность излучения I

Задание 3. Определение длины волны лазерного излучения, используя дифракционную решетку с известной постоянной.

Дифракционная решетка — это устройство, обеспечивающее пространственную периодическую модуляцию падающей световой волны по амплитуде или по фазе. Основной характеристикой дифракционной решетки является период — постоянная дифракционной решетки c. При освещении решетки светом происходит дифракция. Вторичные когерентные волны, образующиеся в результате дифракции, распространяясь по всем направлениям, интерферируют, образуя дифракционную картину.

При нормальном падении света главные дифракционные максимумы возникают при условии c sin(α) = ±kλ, где k = 0,1,2,3,... - порядок главных максимумов.

Зная период решетки c, и угол дифракции α, под которым виден максимум k- го порядка, можно определить длину волны падающего света λ = c sin(α)/k.

С другой стороны, зная длину волны излучения лазера, можно определить постоянную решетки c = kλ/sin(α).

Если в качестве дифракционной решетки использовать монослой мелких круглых частиц приблизительно одинакового размера, расположенных хаотично, то на экране можно наблюдать дифракционную картину, представляющую собой сумму дифракционных картин от отдельных частиц. Эта картина имеет вид концентрических чередующихся темных и светлых колец, окружающих светлый центральный круг.

Таким образом, используя дифракционную картину, возникающую в результате дифракции на мазке крови, можно определить размер эритроцитов D

D = k λ/ sin(α), где k — коэффициент, соответствующий данному кольцу.

Порядок проведения измерений:

1. Установите дифракционную решетку в держателе перпендикулярно лазерному лучу.
2. Установите за дифракционной решеткой длиннофокусную линзу (объектив), а в фокусе объектива — экран.
3. Получив на экране четкую дифракционную картину, измерьте расстояние d = f от линзы до экрана.
4. Измерьте расстояние r от середины 0-го максимума до центра +1, -1, +2, -2, +3, -3 максимумов. Данные запишите в таблицу.
5. Вычислите и запишите в таблицу λ для каждого случая, рассчитайте среднее значение λ и косвенную погрешность измерения ∆λ, учитывая систематическую погрешность измерения d, r.
6. Повторите пункты 1 — 5 для других лазерных источников.

k— порядок максимума	r — расстояние от 0-го максимума до k - гомаксимума	d — расстояние от линзы до экрана	λ = с/k(1 + d2/r2)1/2
+1
-1
+2
-2
+3
-3

Задание 4. Определение постоянной дифракционной решетки.

Порядок проведения измерений:

1.Установите дифракционную решетку в держателе перпендикулярно лазерному лучу.

2.Установите за дифракционной решеткой длиннофокусную линзу (объектив), а в фокусе объектива — экран.

3.Получив на экране четкую дифракционную картину, измерьте расстояние d = f от линзы до экрана.

4.Измерьте расстояние r от середины 0-го максимума до центра +1, -1, +2, -2, +3, -3 максимумов. Данные запишите в таблицу.

5.Вычислите и запишите в таблицу c для каждого случая по формуле

, рассчитайте среднее значение c и косвенную погрешность измерения ∆c, учитывая систематическую погрешность измерения d, r.

6.Повторите пункты 1 — 5 для других лазерных источников.

k— порядок максимума	r — расстояние от 0-го максимума до k – го максимума	d — расстояние от линзы до экрана	c = kλ(1 + d2/r2)1/2
+1
-1
+2
-2
+3
-3

Задание 5. Определение среднего диаметра эритроцитов.

Порядок проведения измерений:

1. Поместите в держатель перед лазером препарат — мазок крови перпендикулярно лазерному лучу.
2. Перемещая экран, найдите положение, при котором получается наиболее четкая дифракционная картина.
3. Измерьте расстояние от препарата до экрана d и радиус первого темного кольца, ориентируясь на его середину r. Данные запишите в таблицу.
4. Рассчитайте средний размер эритроцитов D по формуле: . Сравните полученное значение со значением для диаметра эритроцита в норме и патологии.

Расстояние от препарата до экрана, d (м)	Радиус 1-го темного кольца, r (м)	D = 1,22 λ (1 + d2/r2)1/2

Задание 6. Исследование разрешающей способности микроскопа методом Аббе.

Всякая оптическая система, предназначенная для получения изображений, имеет конечный предел разрешения. Ограничение пучка лучей краями линз и диафрагм, составляющих оптическую систему вследствие дифракции приводит к нарушению стигматичности изображения: каждая точка предмета отображается не в точку, а в дифракционное пятно.

Теория разрешающей способности микроскопа для освещаемых объектов была разработана Аббе.

Картина, возникающая в задней фокальной плоскости плоскости объектива, представляет собой картину дифракции Фраунгофера на объекте и называется первичным изображением или спектром. При дифракции Фраунгофера на одномерной решетке периода c условие главных максимумов определяется выражением: c sin α_к = к λ, где λ — длина волны, а главные максимумы различных порядков m имеют неодинаковую интенсивность. Первичное изображение представляет собой набор ярких точек, расположенных на равных расстояниях друг от друга, и является источником волн, создающих изображение предмета в сопряженной плоскости, или вторичное изображение. Излучения когерентных точечных источников в сопряженной плоскости интерферируют, в результате чего возникает изображение предмета.

Таким образом, дифракционные искажения, обусловленные конечным диаметром линзы, связаны с тем, что часть первичного изображения закрывается. Через линзу проходят только те лучи, для которых выполняется условие α_к ≤ u/2, где u — апертурный угол.

Условие разрешения дифракционной решетки с периодом c имеет вид:

c ≥ λ / (n sin u/2), где n — показатель преломления среды.

В настоящей работе используется двумерная решетка — сетка. Главные максимумы возникают тогда, когда одновременно выполняются условия:

c sin α₁ = к₁λ и c sin α₂ = к₂λ, где к₁ и к₂ — целые числа, характеризующие порядки дифракционных максимумов, α₁ и α₂ — направления на главные дифракционные максимумы в горизонтальной и вертикальной плоскостях соответственно.

Описание экспериментальной установки:

Источник излучения — лазер, излучение которого монохроматично и коллимировано падает на сетку перпендикулярно.

Сетка располагается вблизи фокальной плоскости линзы L₁, которая моделирует объектив микроскопа. Для того, чтобы размер первичного изображения был не слишком малым, линза подбирается достаточно длиннофокусной (f = 10 см).

Вторичное изображение, полученное в плоскости P₂, проектируется короткофокусной линзой L₂, которая моделирует окуляр микроскопа, на экран Э.

В фокальной плоскости F объектива могут устанавливаться различные диафрагмы (щелевая, ирисовая) и различные маски.

Минимально разрешаемый период решетки или сетки определяется апертурным углом объектива.

Используя сетки с различными периодами и изменяя апертурный угол объектива с помощью ирисовой диафрагмы, можно экспериментально проверить соотношение c ≥ λ / (n sin u/2).

Порядок выполнения задания:

1. Установите на оптической скамье поочередно решетку и сетку. На достаточно далеко расположенном экране наблюдайте дифракционные картины для решетки и сетки. Измерьте расстояния между максимумами (горизонтальными и вертикальными). Зная расстояние до экрана, определите углы дифракции и рассчитайте периоды решетки и сетки.
2. Соберите на оптической скамье модель микроскопа в соответствие с экспериментальной схемой. Сетка должна располагаться вблизи фокальной плоскости линзы L₁; при этом ее изображение в плоскости P₂ должно получиться на расстоянии, в несколько раз больше фокусного расстояния. С помощью второй линзы L₂ спроектируйте изображение на экран Э.
3. Измерьте расстояние между сеткой и объективом А₁, объективом и плоскостью Р₂ изображения сетки В₁, между врой линзой и экраном В₂. Увеличение всей системы микроскопа составляет Г = В₁В₂/А₁А₂.
4. Определите периоды решетки и сетки по их изображению на экране, учитывая увеличение системы; сравните с результатами, полученными при выполнении пункта 1; сделайте выводы.
5. В фокальной плоскости F объектива поместите ирисовую диафрагму. Определите минимальный размер диафрагмы, при котором на экране еще видно изображение сетки.
6. Проделайте опыт по пространственной фильтрации изображения. Для этого в задней фокальной плоскости объектива (линза L₁) установите щель. Ширину щели подберите так, чтобы она свободно пропускала максимум 0-го порядка и не пропускала максимум 1-го порядка, расположенного в поперечном направлении (в продольном направлении). Получите изображения решеток при различных ориентациях щели:

для вертикального положения щели, когда она пропускает только дифракционные максимумы (0, к₂);

для горизонтального положения щели, когда она пропускает только дифракционные максимумы (к₁, 0);

для наклонного положения щели под углом 45°, когда пропускаются максимумы к₁ = к₂.

Измерьте периоды полученных решеток. Объясните наблюдаемые явления.

В отчете по лабораторной работе дайте ответы на следующие вопросы:

1. Можно ли в качестве источника освещения использовать не лазер, а обычную лампу накаливания? Надо ли, в этом случае, вносить какие-либо изменения в экспериментальную схему микроскопа? Изменится ли наблюдаемая картина? Изменится ли разрешающая способность микроскопа?
2. Почему предмет располагается вблизи фокальной плоскости объектива и за ним? Почему изображение предмета помещается вблизи фокальной плоскости окуляра и за ним в экспериментальной схеме и перед ним в реальном микроскопе?
3. Что такое разрешающая способность микроскопа? От чего она зависит? Какие элементы оптической схемы микроскопа влияют на разрешающую способность?
4. Какой пространственный фильтр следует рас