Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
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. 4б). На рис. 1 приведена упрощенная схема хода лучей в тонкой бипризме.
Рис.1
Введем обозначения: L1 – расстояние от плоскости, в которой располагаются мнимые источники О1 и О2, до бипризмы; L2 – расстояние от бипризмы до экрана Э; L – расстояние от источника О до экрана Э; Н – ширина интерференционной зоны на экране Э; х – ширина интерференционной полосы.
Согласно (7) из раздела “Интерференция света”:
х = (/d)L. (1)
Из уравнения (1) следует, что зависимость х от L линейная: с увеличением расстояния L ширина полос х увеличивается. Перепишем выражение (1) в виде х = АL, где А = /d, и тогда:
= Аd. (2)
Из геометрических соображений (рис. 1), справедлива пропорция d /L1 = H /L2 , откуда Н = (d /L1) L2 , или Н = ВL2 , где
В = (d /L1), а:
d = ВL1. (3)
Коэффициенты А и В постоянны, если положения бипризмы и источника О фиксированы, т.е. величины L1 и d постоянны. Данную работу предлагается выполнить как раз при таких экспериментальных условиях, когда L1 (а значит, и d) фиксировано, но L2 и L могут меняться.
Число полос в интерференционной зоне N0 находится по формуле:
N0 = H/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 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 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 х с учетом увеличения лупы находится по формуле:
х = S / (N ). (5)
Для измерения ширины интерференционной зоны Н необходимо интерференционную картину спроецировать на экран Э1 или Э2. Ширина интерференционной зоны зависит от d, L1, L2, 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 .
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 d1, и уменьшенное изображение, когда расстояние между источниками равно d2. Согласно геометрической оптике, значение d определяется по формуле:
,
или с учетом увеличения лупы :
. (6)
В частном случае, если d1 = d2 = 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 .
|
Упражнение 2. |
Настройка установки. Качественное изучение интерференционной картины. |
|
Упражнение 3. |
Измерение d. |
|
Упражнение 4. |
Измерение х. |
Отсчитайте на экране фоторегистратора N светлых (крас-ных) полос, измерьте расстояние S между серединами крайних минимумов (темных полос). Данные занесите в таблицу.
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.
При неизменном L1 уменьшите значение L2, а значит и L на 5 см. Для этого переместите каретку фоторегистратора (Д3, 4) на 5 см в сторону бипризмы. Повторите измерения величин L, L2 , N, S, H согласно пунктам 1, 2, 3. Данные занесите в таблицу.
5. Продолжая уменьшать расстояние L2 (и L) через каждые 5 см (пока интерференционные полосы четко различимы), проводите измерения величин L, L2 , N, S, H. Данные занесите в таблицу.
|
№ |
L |
L2 |
N |
S |
H |
||
|
1 2 3 ... |
|
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.
Обработка результатов измерения
Контрольные вопросы
PAGE 72