ФГБВОУ ВО АКАДЕМИЯ ГРАЖДАНСКОЙ ЗАЩИТЫ МЧС РОССИИ

ФГБВОУ ВО АКАДЕМИЯ ГРАЖДАНСКОЙ ЗАЩИТЫМЧС РОССИИ

КАФЕДРА ФИЗИКИ

Дисциплина: ФИЗИКА

Цель работы: Определение преломляющего угла бипризмы Френеля.

Оборудование: Полупроводниковый лазер, бипризма Френеля, направляющая, набор рейтеров (зажимов), короткофокусная линза, экран, карандаш, линейка.

Технические данные

Длина волны излучения лазера λ = 670 нм; абсолютный показатель преломления стекла бипризмы n = 1,5, фокусное расстояние линзы f = 2 см.

Основные понятия и формулы

Лабораторная установка собирается на направляющей (рис. 1) согласно схеме на рис. 2.

Рис. 1. Направляющая установки

Лазер установлен на направляющей в позиции 1, линза – в позиции 2, бипризма – в позиции 3, а экран – в позиции 7. При такой расстановке фокус линзы является источником S расходящихся лучей света. Эти лучи преломляются в бипризме, образуя два когерентных

Рис. 2. Оптическая схема установки.

Рис. 2. Интерференционная картина на экране

пучка света, исходящие из мнимых источников S ₁ и S ₂. На экране эти пучки перекрываются и дают систему параллельных интерференционных полос (рис. 2).

Порядок выполнения работы

1. Включите вилку блока питания лазера всетевую розетку. На экране появится интерференционная картина в виде чередующихся светлых и темных полос.

2. Измерьте линейкой расстояние a + f от ребра бипризмы до линзы. Вычислите расстояние a от ребра бипризмы до фокуса линзы. Результаты занесите в табл. 1.

3. Закрепите на экране лист бумаги для зарисовки интерференционной картины.

4. Отметьте карандашом на листе левые границы двух крайних светлых интерференционных полос (рис. 2). Рядом с метками проставьте номер опыта.

5. Посчитайте число K светлых полос между метками и запишите это число рядом с номером опыта.

6. Измерьте линейкой расстояние b от ребра бипризмы до экрана. Результат занесите в табл. 1.

7. Выполните опыт (пункты 4-6) еще три раза, переставляя экран последовательно в три положения: крайнее правое, среднее и крайнее левое положение в позиции 6 направляющей (рис. 1).

8. Уберите экран. Выполните опыт (пункты 3-6), используя стену аудитории в качестве экрана.

9. Для каждого опыта измерьте линейкой расстояние x между границами крайних полос, отмеченных на листе. Результаты измерений занесите в табл. 1.

10. По следующей формуле рассчитайте для каждого опыта преломляющий угол бипризмы (в радианах):

,

где λ – длина волны излучения лазера; K – число светлых полос; n – абсолютный показатель преломления стекла бипризмы; x – расстояние между границами крайних светлых полос; a – расстояние от бипризмы до фокуса линзы; b – расстояние от бипризмы до экрана.

11. Рассчитайте среднее значение преломляющего угла в радианной и градусной мере.

Таблица 1

Контрольные вопросы

1. Сформулируйте определение интерференции света?
2. Какие волны называют монохроматическими, а какие когерентными?
3. Что называют временем и длиной когерентности?
4. Сформулируйте условие максимума и минимума интерференции.
5. Что такое оптическая длина пути? оптическая разность хода?

6. Два когерентных световых пучка с оптической разностью хода Δ = (3/2)λ интерферируют в некоторой точке. Максимум или минимум наблюдается в этой точке? Почему?

7. Нарисуйте ход лучей через бипризму. Объясните появление на экране интерференционной картины.

8. Будут ли отличаться интерференционные картины от бипризмы при ее освещении монохроматическим и белым светом? Почему?