Logo
Logo

Градиентная оптика

Разбалловка

A1  0.50 Нарисуйте схему установки для определения градиента показателя преломления, соответствующую схеме выше. Укажите на ней все необходимые измеряемые величины.

1 На схеме показаны лазер, оргстекло, экран. 0.20
2 На схеме отмечены измеряемые величины (высоты, расстояния до экрана, размеры оргстекла). Приведены результаты измерений по крайней мере расстояния до экрана и длины бруска. 0.20
3 Эффективное используемое расстояние от отгстекла до экрана > 3 м 0.10
A2  2.00 Подключите две пары элементов Пельтье параллельно к источнику напряжения. Снимите зависимость вертикального смещения $h$ луча лазера от тока $I$, текущего через источник.

4 Больше 4 точек (если точки дают $|\alpha|\in[0.5; 1.1]\cdot 10^{-4} \text{K}^{-1}$ 1.00
5 Больше 5 точек (если точки дают $|\alpha|\in[0.5; 1.1]\cdot 10^{-4} \text{K}^{-1}$ 0.20
6 Больше 6 точек (если точки дают $|\alpha|\in[0.5; 1.1]\cdot 10^{-4} \text{K}^{-1}$ 0.20
7 Больше 7 точек (если точки дают $|\alpha|\in[0.5; 1.1]\cdot 10^{-4} \text{K}^{-1}$ 0.20
8 Больше 8 точек (если точки дают $|\alpha|\in[0.5; 1.1]\cdot 10^{-4} \text{K}^{-1}$ 0.20
9 Больше 9 точек (если точки дают $|\alpha|\in[0.5; 1.1]\cdot 10^{-4} \text{K}^{-1}$ 0.20
A3  1.00 Постройте график зависимости вертикального смещения луча от разности температур между поверхностями оргстекла $h(\Delta T)$. Определите параметры фитирующей линии.

1 Определены $\Delta T$ по графику $\Delta T(I)$. Если не учтено, что нужно брать половину тока, текущего через источник, то балл не ставится. 0.40
2 График $h(\Delta T)$, на котором присутствуют подписанные оси, единицы измерения, засечки. Проведена фитирующая прямая. 0.40
3 $dh/d\Delta T\in[45; 75]\cdot 10^{-5}\cdot L^{\text{мм}}~\text{мм}/\text{K}$ 0.10
4 Оценена погрешность $dh/d\Delta T$ (по МНК или графически), допустимые значения от 5 до 15% 0.10
A4  1.50 Приведите формулу, связывающую определенные в пункте A4 параметры и температурный коэффициент показателя преломления $\alpha$ оргстекла. Найдите численное значение $\alpha$ и оцените его погрешность.

1 Идея связать $\sin\beta$ с изменением показателя преломления $\Delta n$ между точкой входа луча лазера в оргстекло и точкой выхода.
$$
\Delta n=\cfrac{\sin^2\beta}{2n(0)}
$$
0.30
2 Идея нахождения $\Delta n$ через заданное уравнение траектории луча (в приближении $\Delta n\ll n(0)$), либо своя модель, в том же приближении, дающая тот же ответ ($-ky=\Delta n$)
$$
k=\cfrac{n(0)}{l}\sqrt{\cfrac{2\Delta n}{n(0)}}=\cfrac{1}{l} \sqrt{2n(0)\Delta n }
$$
0.40
3 Объединение идей, получение
$\alpha = \cfrac{\sin\beta}{\Delta T}~\cfrac{d}{l}=\cfrac{h}{\Delta T}~\cfrac{d}{Ll}$
0.20
4 Ворота на $\alpha$ — $[0.6; 1.0]\cdot 10^{-4}~\text{К}^{-1}$ 0.30
5 Рассчитана погрешность $\alpha$ как сумма $\varepsilon_{dh/d\Delta T}, \varepsilon_L, \varepsilon_d, \varepsilon_l$. 0.10
6 $\varepsilon_\alpha\in[5;25]\%$ ставится, если рассчитана по предыдущей формуле и если $\alpha$ попала в ворота. 0.10
B1  1.20 Зарисуйте на миллиметровке изображение лазерного луча, описанное выше, спустя 30 минут после начала процесса диффузии для всех трех концентраций соли.

1 $C_1:$ Провал есть (все дальнейшее оценивается, если на графике есть провал). 0.10
2 $С_1$: Глубина провала удовлетворяет соотношению $\delta/Z\in[0.028; 0.032]$ 0.15
3 $C_1$: Проведена референсная линия 0.10
4 $C_1$: Провал в основном локализован в пятой девятой листа миллиметровки 0.05
5 $C_2:$ Провал есть (все дальнейшее оценивается, если на графике есть провал). 0.10
6 $С_2$: Глубина провала удовлетворяет соотношению $\delta/Z\in[0.031; 0.036]$ 0.15
7 $C_2$: Проведена референсная линия 0.10
8 $C_2$: Провал в основном локализован в пятой девятой листа миллиметровки 0.05
9 $C_3:$ Провал есть (все дальнейшее оценивается, если на графике есть провал). 0.10
10 $С_3$: Глубина провала удовлетворяет соотношению $\delta/Z\in[0.035; 0.043]$ 0.15
11 $C_3$: Проведена референсная линия 0.10
12 $C_3$: Провал в основном локализован в пятой девятой листа миллиметровки 0.05
B2  1.50 Запишите параметры установки $Z, d, Z_0$. Снимите с миллиметровки значения $\xi_i$ и $\delta_i$ (где $i=1,...20$ — нумерация точек по горизонтали) для всех трех значений концентрации соли. Величины должны быть выражены в миллиметрах.

1 Указано значение $Z_0$ общее или для каждого эксперимента 0.10
2 Указано значение $d\in[5-6]~\text{мм}$ 0.10
3 Указано значение $Z$ общее или для каждого эксперимента 0.10
4 $C_1$: Указаны $\xi_i$ и $\delta_i$ (не менее 20 пар). Если чего-то нет или значения не в мм, то балл не ставится. Если точки не соответствуют графику, балл не ставится. 0.40
5 $C_2$: Указаны $\xi_i$ и $\delta_i$ (не менее 20 пар). Если чего-то нет или значения не в мм, то балл не ставится. Если точки не соответствуют графику, балл не ставится. 0.40
6 $C_3$: Указаны $\xi_i$ и $\delta_i$ (не менее 20 пар). Если чего-то нет или значения не в мм, то балл не ставится. Если точки не соответствуют графику, балл не ставится. 0.40
B3  1.50 Вычислите величины $Y_i$ и $\left(\cfrac{dn}{dY}\right)_i$ для всех $i$. Постройте графики зависимости $\left(\cfrac{dn}{dY}\right)_i$ от $Y_i$.

1 $C_1$: Пересчитано верно не менее 14 пар точек 0.25
2 $C_2$: Пересчитано верно не менее 14 пар точек 0.25
3 $C_3$: Пересчитано верно не менее 14 пар точек 0.25
4 $C_1$: Построен график, на графике гауссиан 0.20
5 $C_1$: Культура графика (ставится только если график зачтен) 0.05
6 $C_2$: Построен график, на графике гауссиан 0.20
7 $C_2$: Культура графика (ставится только если график зачтен) 0.05
8 $C_3$: Построен график, на графике гауссиан 0.20
9 $C_3$: Культура графика (ставится только если график зачтен) 0.05
B4  0.30 Для каждой концентрации соли определите $Y_i$ для которого $\left(\cfrac{dn}{dY}\right)_i$ максимально. Обозначьте это значение как $h$.

1 $C_1$: Верно определенное значение $h$ по графику или по таблице (середина гауссиана) 0.10
2 $C_2$: Верно определенное значение $h$ по графику или по таблице (середина гауссиана) 0.10
3 $C_3$: Верно определенное значение $h$ по графику или по таблице (середина гауссиана) 0.10
B5  0.90 Используя вышеприведенные уравнения, найдите функции $f(\cfrac{dn}{dY})$ и $g(Y)$, для которых зависимость $f(\cfrac{dn}{dY})$ от $g(Y)$ будет линейной.

1 Линеаризация
$$
f\left(\cfrac{dn}{dY}\right)=\ln\left(\cfrac{dn}{dY}\right)\quad\quad\quad\quad g(Y)=(h-Y)^2
$$
0.90
B6  1.80 Пересчитайте данные из пункта B3 для построения линеаризованной зависимости. Постройте графики линеаризованных зависимостей.

1 $C_1$: Верно пересчитано больше 10 точек 0.30
2 $C_2$: Верно пересчитано больше 10 точек 0.30
3 $C_3$: Верно пересчитано больше 10 точек 0.30
4 $C_1$: Построен график, в котором на линейном участке более 10 точек 0.10
5 $C_1$: Культура графика (ставится только если график зачтен) 0.05
6 $C_1$: угловой коэффициент $[-10; -8.8]~\text{см}^{-2}$ 0.10
7 $C_2$: Построен график, в котором на линейном участке более 10 точек 0.15
8 $C_2$: Культура графика (ставится только если график зачтен) 0.05
9 $C_2$: угловой коэффициент $[-11; -10.3]~\text{см}^{-2}$ 0.10
10 $C_3$: Построен график, в котором на линейном участке более 10 точек 0.15
11 $C_3$: Культура графика (ставится только если график зачтен) 0.05
12 $C_3$: угловой коэффициент $[-12; -11.3]~\text{см}^{-2}$ 0.10
B7  1.50 Определите коэффициенты диффузии по линейным участкам графиков, построенных в пункте B6.

1 $C_1$: $D\in[1.38; 1.58]\cdot 10^{-5}~\text{см}^2/\text{с}$ 0.50
2 $C_1$: $D\in[1.26; 1.46]\cdot 10^{-5}~\text{см}^2/\text{с}$ 0.50
3 $C_1$: $D\in[1.03; 1.23]\cdot 10^{-5}~\text{см}^2/\text{с}$ 0.50
B8  1.30 По результатам измерений для трех концентраций определите $dD/dC$.

1 График или расчет по МНК 0.80
2 $dD/dC\in[-15.8; -4.2]\cdot 10^{-5}~\text{см}^2\cdot\text{мл}\cdot\text{г}^{-1}\cdot\text{с}^{-1}$ 0.50
C1  0.50 Схематично изобразите установку, с помощью которой вы будете определять фокусное расстояние изготовленной псевдолинзы. Буквами укажите параметры, которые вы будете измерять. Они должны соответствовать столбцам в таблице измерений.

1 На схеме изображены фонарик, линза, экран. Указаны расстояния между линзой и источником, и изображением. Приведена формула тонкой линзы для расчета фокусного расстояния. Либо схематично показан фонарик, находящийся далеко от линзы, таким образом фокусное расстояние измеряется непосредственно. 0.50
C2  2.50 Получите значения фокусного расстояния $F$ для не менее 5 значений длины $l$ цилиндра (не забудьте привести данные прямых измерений). Длина цилиндра должна быть от 2 до 6 мм. Для каждого значения длины проведите не менее трех измерений. Усредните значения фокусных расстояний, укажите статистический разброс и оцените погрешность определения фокусного расстояния.

1 Первое значение длины $l$, первое измерение $F$ 0.20
2 Первое значение длины $l$, второе и третье измерение $F$ 0.20
3 Второе значение длины $l$, первое измерение $F$ 0.20
4 Второе значение длины $l$, второе и третье измерение $F$ 0.20
5 Третье значение длины $l$, первое измерение $F$ 0.20
6 Третье значение длины $l$, второе и третье измерение $F$ 0.20
7 Четвертое значение длины $l$, первое измерение $F$ 0.20
8 Четвертое значение длины $l$, второе и третье измерение $F$ 0.20
9 Пятое значение длины $l$, первое измерение $F$ 0.20
10 Пятое значение длины $l$, второе и третье измерение $F$ 0.20
11 Проведено усреднение фокусных расстояний для всех серий 0.30
12 Указан статистический разброс и приведена погрешность определения фокусного расстояния 0.20
C3  1.00 Выразите $\Delta n$ — разницу между коэффициентом преломления $n(0)$ в центре и коэффициентом преломления $n(R)$ на краю линзы через толщину линзы $l$, фокусное расстояние $F$ и радиус линзы $R$. Считайте, что $\Delta n \ll n$, а внутренний диаметр шприца, из которого выдавливаются цилиндры, равен $D=8.8~\text{мм}$.

1 $\Delta n=\cfrac{R^2}{2Fl}$ 1.00
2 Потерян числовой коэффициент, при этом видно, что $Fl=\text{const}$ -0.20
C4  1.00 Постройте линеаризованную зависимость $F$ от $d$ с помощью результата из пункта C3. Найдите $\Delta n$. Оцените погрешность.

1 Построен график $F(l^{-1})$ или эквивалент, и график линеен 0.50
2 Культура графика (ставится только если оценен график) 0.10
3 Верно определен угловой коэффициент графика 0.10
4 Рассчитано значение $\Delta n\in[0.03; 0.05]$ 0.20
5 Рассчитана погрешность $\Delta n$ через $\varepsilon_k$ и $\varepsilon_D$, и ее значение от 10 до 30%. 0.10