Порядок выполнения работы




Лабораторная работа № 4

 

Изучение явления интерференции света
с помощью бипризмы Френеля

Цель работы: Изучение явления интерференции света. Определение длины волны света, ширины зоны интерференции и числа полос в зоне интерференции.

Введение

Интерференционную картину, возникающую при прохож-дении света от источника О через бипризму Френеля, можно рассматривать как результат наложения когерентных волн от мнимых источников света О1 и О2, расстояние между которы-ми d (см. “Интерференция света”, рис. 4 б). На рис. 1 приведена упрощенная схема хода лучей в тонкой бипризме.

Рис.1

Введем обозначения: L 1 – расстояние от плоскости, в которой располагаются мнимые источники О1 и О2, до бипризмы; L 2 – расстояние от бипризмы до экрана Э; L – расстояние от источника О до экрана Э; Н – ширина интерференционной зоны на экране Э; D х – ширина интерференционной полосы.

Согласно (7) из раздела “Интерференция света”:

D х = (l / d) L. (1)

Из уравнения (1) следует, что зависимость D х от L линейная: с увеличением расстояния L ширина полос D х увеличивается. Перепишем выражение (1) в виде D х = А L, где А = l / d, и тогда:

l = Аd. (2)

Из геометрических соображений (рис. 1), справедлива пропорция d / L 1 = H / L 2 , откуда Н = (d / L 1) L 2 , или Н = ВL 2 , где
В = (d / L 1), а:

d = ВL 1. (3)

Коэффициенты А и В постоянны, если положения бипризмы и источника О фиксированы, т.е. величины L 1 и d постоянны. Данную работу предлагается выполнить как раз при таких экспериментальных условиях, когда L 1 (а значит, и d) фиксировано, но L 2 и L могут меняться.

Число полос в интерференционной зоне N 0 находится по формуле:

N 0 = H /D x. (4)

 

Экспериментальная часть

Рабочая схема установки.

Лабораторная установка собрана на оптической скамье лабораторного оптического комплекса ЛОК-1М (смотрите описание), рабочая схема представлена на рис. 2.

Рис.2

Входная линза Л1 (Д5), формирует точечный источник света. Бипризма (экран № 11) вставляется в держатель с кассетой (Д8). Интерференционная картина возникает на экране Э1, находящемся в объектной плоскости лупы Л2 (Д3). Лупа Л2 с увеличением b проецирует интерференционную картину на экране Э2 фоторегистратора ФР (Д4) в увеличенном виде. Регулируя винты держателя Д8, а также изменяя расстояния между держателями, можно добиться образования наиболее четкой интерференционной картины.

Для измерения ширины интерференционных полос D х необходимо на экране Э2 ФР отсчитать некоторое число светлых полос (N), отметить координаты середин двух крайних темных полос, найти разность этих координат S (пояснение на рис. 3). Значение D х с учетом увеличения лупы b находится по формуле:

D х = S / (Nb). (5)

Для измерения ширины интерференционной зоны Н необходимо интерференционную картину спроецировать на экран Э1 или Э2. Ширина интерференционной зоны зависит от d, L 1, L 2, и при определенном сочетании этих параметров интерференционная зона может быть настолько малой, что полностью спроецируется на экран Э2 ФР. В этом случае Н измеряют по экрану ФР (Д4), учитывая увеличение лупы b.

D x

S

Рис. 3

 

Если же интерференционная картина не умещается полностью на экране фоторегистратора Э2, то в этом случае ее нужно спроецировать на экран Э1. Для этого в держатель Д3 экрана Э1 вставляется полоска достаточно жесткой светлой бумаги, на которой карандашом отмечаются границы интерференционной зоны. Величина Н измеряется миллиметровой линейкой по бумаге.

Для экспериментального определения расстояния между мнимыми источниками d на оптическую скамью между бипризмой Д8 и экраном Э1 (Д3) помещается объектив (Д6). Перемещая его по оптической скамье, можно найти увеличенное изображение мнимых источников, расстояние между которыми d 1, и уменьшенное изображение, когда расстояние между источниками равно d 2. Согласно геометрической оптике, значение d определяется по формуле:

,

или с учетом увеличения лупы b:

. (6)

В частном случае, если d 1 = d 2 = d, на экране Э2 возникает лишь одно изображение источников О1 и О2 .

 

Порядок выполнения работы

Упражнение 1. Знакомство с устройством и принципом действия установки ЛОК-1М. Калибровка лупы.

Ознакомьтесь с описанием и принципом действия установки ЛОК-1М. Выясните функциональное назначение всех узлов и модулей. В соответствии с инструкцией, приведенной в описании к установке ЛОК-1М, произведите калибровку лупы, определите ее увеличение b.

 

Упражнение 2. Настройка установки. Качественное изучение интерференционной картины.

1. Соберите установку согласно схеме, приведенной на рис. 2. Держатели поставьте на оптическую скамью в последовательности: Д5 (10-13), Д8 (18-20), Д3 (55-70) (цифрами указаны рекомендуемые координаты на оптической скамье в см). В держатель Д8 вставьте бипризму – экран № 11.

2. Перемещая бипризму Френеля (Д8 с экраном № 11) по оптической скамье, а также меняя ее положение винтами держателя Д8, добейтесь возникновения четкой интерференционной картины на экране фоторегистратора.

3. Пронаблюдайте, как изменятся ширина интерференционных полос D х с изменением L 1 , L 2 , L. Сделайте качественные выводы, привлекая формулу (1).

 

Упражнение 3. Измерение d.

1. Между бипризмой Д8 и лупой Д3 разместите объектив Д6. Перемещая объектив по оптической скамье, найдите одно или два его положения, при которых на экране Э1 получаются четкие изображения мнимых источников. Пользуясь шкалой, нанесенной на экране фоторегистратора, измерьте расстояния d 1 и d 2.

2. По формуле вычислите d.

3. Если на экране ФР получилось лишь одно изображение двух мнимых источников, то расстояние между ними возьмите за d.

 

Упражнение 4. Измерение D х.

1. Выберите удобную для наблюдения и измерения интерференционную картину (при достаточно больших L 1 и L 2). Закрепите все держатели. Пользуясь шкалой, нанесенной на оптическую скамью, измерьте расстояния L, L 1, L 2. Полученные данные занесите в таблицу. Внимание! Держатели № 8 с бипризмой и № 5 в процессе выполнения Упр. 3, 4 должны быть жестко зафиксированы!

2. Отсчитайте на экране фоторегистратора N светлых (крас-ных) полос, измерьте расстояние S между серединами крайних минимумов (темных полос). Данные занесите в таблицу.

3. Вставьте в держатель Д3 экран из белой бумаги. Отметьте карандашом границы интерференционной зоны. Достаньте экран и миллиметровой линейкой измерьте ширину интерференционной зоны Н, значение которой запишите в таблицу.

4. При неизменном L 1 уменьшите значение L 2, а значит и L на 5 см. Для этого переместите каретку фоторегистратора (Д3, 4) на 5 см в сторону бипризмы. Повторите измерения величин L, L 2 , N, S, H согласно пунктам 1, 2, 3. Данные занесите в таблицу.

5. Продолжая уменьшать расстояние L 2L) через каждые 5 см (пока интерференционные полосы четко различимы), проводите измерения величин L, L 2 , N, S, H. Данные занесите в таблицу.

 

L L 2 N S H
...              

 

 

Упражнение 5. (Качественное).

Получите четкую интерференционную картину на экране Э2 , зафиксируйте держатель с бипризмой, запишите L. Зарисуйте на листе бумаги положение нескольких максимумов (минимумов). Снимите Д8 с бипризмой с оптической скамьи, поверните его на 180°, снова поставьте на оптическую скамью при том же L и еще раз зарисуйте положение нескольких максимумов (минимумов). Затем сравните интерференционные картины в обоих случаях, в частности, расстояния между максимумами (минимумами), например, наложением их или измерениями. Сделайте выводы, результаты наблюдений объясните.



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-04-27 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: