Порядок выполнения работы

Лабораторная работа № 9

Изучение явления интерференции.
Зеркало Ллойда

Введение

Ход лучей в зеркале Ллойда представлен на рис. 1. Прямой пучок света от источника О₁, падающий на экран Э₂ (луч О₁Р), интерферирует с пучком, отраженным от зеркала под углом близким к 90⁰ (луч О₁ОР). Источниками интерферирующих волн являются источник О₁ и его мнимое изображение в зеркале О₂ , разнесенные на расстояние d в плоскости экрана Э₁. Интерференционная картина возникает на экране Э₂ и проецируется в увеличенном виде на экране Э₃ фоторегистратора.

Рис. 1

Расстояние D х между соседними светлыми полосами (максимумами) или темными (минимумами) задается выражение D х = L (l / d). При фиксированном положении зеркала Ллойда расстояние между источниками О₁ и О₂ постоянно d = const. Обозначим l / d = А, тогда:

D х = АL. (1)

Из (1) следует, что D х линейно зависит от L. Построив график экспериментальной зависимости D х = f (L), можно по графику определить А и по формуле l = Аd рассчитать l.

Экспериментальная часть

Рабочая схема установки

Схема установки представлена на рис. 1. Входная линза Л1, вставленная в держатель (Д5), формирует точечный источник О₁ , свет от которого падает на зеркало Ллойда ЗЛ (Д7) и на экран Э₂. Интерференционная картина возникает в объектной плоскости лупы Л2 (Д3) и проецируется на экран фоторегистратора Д4 в увеличенном виде. Для получения четкой интерференционной картины зеркало Ллойда перемещают по оптической скамье, а также меняют положение его плоскости, вращая винты держателя (Д7).

Следует отличать интерференционную картину, возникающую на зеркале Ллойда, от дифракционной, даваемой краем зеркала. Интерференционная картина – это большое число равноотстоящих полос близкой интенсивности, а дифракционная картина от края зеркала это несколько широких полос, ограниченных с одной стороны областью тени, интенсивность которых быстро уменьшается в сторону освещенной области.

Для измерения ширины интерференционных полос D х необходимо на экране фоторегистратора Д4 отсчитать N светлых полос. Отметить координаты середин двух крайних темных полос, найти разность этих координат S (пояснение на рис. 3, лабораторная работа № 4). Значение D х с учетом увеличения лупы b находится по формуле:

D х = S /(Nb). (2)

Для определения d необходимо между зеркалом Ллойда и кареткой фоторегистратора поместить объектив (Д6). Перемещая объектив по оптической скамье, можно найти такое его положение, при котором на экране фоторегистратора Э₃ получается увеличенное изображение двух источников света, О₁ и О₂, расстояние между которыми d ₁ и уменьшенное изображение с расстоянием между источниками d ₂. Следует иметь в виду, что изображение мнимого источника света О₂ представляется в виде размазанного пятна. Необходимо измерять расстояния меж-

ду пятном О₁ и центром пятна О₂. Согласно геометрической оптике значение d найдется по формуле .

Если при перемещении объектива получается лишь одно изображение источников О₁ и О₂, то в этом случае d ₁ = d ₂ = d. При определении d необходимо учесть коэффициент увеличения лупы b.

Порядок выполнения работы

Ознакомьтесь с описанием и принципом работы установки ЛОК-1М. Выясните функциональное назначение всех узлов и держателей. В соответствии с инструкцией данного описания произведите калибровку лупы, определите ее увеличение b.

1. Соберите установку согласно схеме, приведенной на рис. 1. Держатели установите на оптическую скамью в последовательности Д5(10-13), Д7(18-20), Д3,4(55-70). Цифрами указаны рекомендуемые расстояния в см.

2. Перемещая зеркало Ллойда по оптической скамье, а также меняя положение его плоскости винтами держателя (Д7), добейтесь возникновения четкой интерференционной картины на экране фоторегистратора (Д4).

3. Пронаблюдайте, как изменяется ширина интерференционных полос D х с изменением L. Перемещая каретку фоторегистратора Д3,4, убедитесь в том, что с увеличением L ширина полос D х увеличивается согласно (1).

1. Выберите удобную для измерения и наблюдения интерференционную картину при максимально возможном L, жестко закрепите держатели (Д5) и (Д7). Пользуясь шкалой, нанесенной на оптическую скамью, измерьте расстояние L, значение занесите в таблицу.

2. Отсчитайте на экране фоторегистратора N светлых полос, измерьте расстояние S между крайними минимумами. Данные N, S и L занесите в таблицу.

3. Передвигайте каретку фоторегистратора к зеркалу Ллойда и через каждые 5 см повторяйте измерения N и S. Измерения проводите до тех пор, пока интерференционные полосы будут оставаться четкими. Данные заносите в таблицу.

4. Для определения d между зеркалом Ллойда и кареткой фоторегистратора поместите объектив (Д6). Перемещая объектив по оптической скамье, найдите положения, при которых на экране Э₃ ФР получаются увеличенное и уменьшенное изображение источников О₁ и О₂. Измерьте d ₁ и d ₂ на экране ФР. Учтя увеличение лупы b, рассчитайте d по формуле

/ b.