Порядок выполнения работы. Краткая теория

1. Ознакомьтесь с устройством экспериментальной установки и назначением приспособлений.

2. Включите лазер и, регулируя положение бипризмы, получите чёткую интерференционную картину на экране наблюдения.

3. Изменяя расстояние а между бипризмой и источником (фокусом F линзы) и/или расстояние l между источником и экраном, проведите измерения x_m, занося результаты измерений в таблицу

l	a	xm	m	Dx	l	s l

 

Обработка результатов

4. Рассчитайте длину волны l лазерного излучения по формуле (8). Оцените погрешность.

Представление результатов работы

В заключении следует привести найденное экспериментально значение длины волны лазерного излучения.

Контрольные вопросы

1. В чём состоит явление интерференции волн?

2. Почему не наблюдается интерференция световых волн, излучаемых двумя электрическими лампочками накаливания?

3. При каких условиях наблюдается интерференция световых волн от двух источников?

4. Какую роль играет бипризма Френеля в получении интерференционной картины?

5. Выведите формулы (2) и (7).

6. Как можно было бы определить длину волны l в проделанном эксперименте, не зная величин n и a?

7. От точечного монохроматического источника S₁ отодвигают точечный монохроматический источник S₂ (источники когерентны) до тех пор, пока в точке О на экране, где наблюдается интерференция, не наступает потемнение (рис.4). Расстояние между источниками S₁ и S₂ при этом равно l = 5 мм. Определите длину волны света, если источники находятся на расстоянии L = 50 м от экрана.

Рис. 4

8. На рис. 5 изображена схема интерференционного опыта Ллойда. Точечный источник света S расположен на расстоянии a=20 см от левого края плоского зеркала. Длина зеркала b=10 см, высота h=10 см. Определите вертикальный размер интерференционной картины на экране, расположенном на расстоянии L=60 см от источника.

Рис. 5

9. –

10. -

Литература

1. _

 

Работа №6. Определение показателя преломления стеклянной пластины в интерференционном опыте с полосами равного наклона

Цель работы: Изучение явления интерференции, определение показателя преломления стеклянной пластины.

Оборудование: Полупроводниковый лазер, собирающая линза с экраном, плоскопараллельная пластина, оптическая скамья, рейтеры.

 

Краткая теория

При падении световой волны на прозрачную пластину происходит отражение от обеих поверхностей пластины. В результате возникают две когерентные световые волны, которые при известных условиях могут интерферировать.

Пусть плоскопараллельная пластина П, установленная параллельно экрану наблюдений Э, освещается монохроматическим точечным источником S, расположенным в центре экрана, так, как показано на рис. 1.

Рис. 1

При отражении света от передней и задней поверхностей пластины две волны (1 и 2), интерферируют между собой и создают на экране интерференционную картину в виде чередующихся светлых и тёмных концентрических колец.

Распределение светлых и тёмных колец на экране определяется полной оптической разностью хода D волн 2 и 1 (см. (5)). Поскольку отражение от поверхности пластины невелико, многократное отражение света внутри пластины можно не учитывать. Для оптической разности хода D₀ волн 2 и 1 имеем:

                              ,                                                (1)

где S₁ - длина пути преломлённой волны внутри стеклянной пластины, n - показатель преломления стекла, S₂ - разность хода волн 1 и 2 в воздухе, показатель преломления которого принимаем равным единице.

Из геометрии рис. 2 нетрудно найти:

              ,                 (2)

           ,                           (3)

где h - толщина пластины. Здесь мы воспользовались законом преломления света, согласно которому: sina = n×sinb, где a - угол падения, а b - угол преломления света.

Рис. 2

С учётом соотношений (2) и (3) уравнение (1) примет вид:

                                                                (4)

Чтобы учесть возникающее при отражении от ближней к источнику S поверхности пластины изменение фазы волны на p (фаза колебаний электрического и магнитного полей в световой волне при отражении от оптически более плотной среды скачком меняется на p), при вычислении полной разности хода D надо к величине D ₀ прибавить l /2 (l-длина волны света в вакууме). В результате получится:

                      .              (5)

В точках экрана, для которых D = m l (m - целое число), возникают максимумы интенсивности света и, следовательно, наблюдаются светлые кольца. Каждое кольцо образовано лучами, падающими на пластину под примерно одинаковыми углами a, поэтому получаемая интерференционная картина называется полосами равного наклона. Принимая во внимание соотношение (5), запишем условия наблюдения двух светлых колец с номерами m и m+p:

                                                                 (6)

                                  (7)

Вычитая из уравнения (7) уравнение (6), и учитывая малость углов a_m и a_m+p, после несложных преобразований получим:

                              .                                       (8)

При выводе соотношения (8) мы воспользовались приближением малых углов и геометрией рис. 1:

 ,  ,

где r_m и r_{m+ p} - радиусы соответствующих светлых колец.

В настоящей лабораторной работе по измеренным значениям радиусов светлых интерференционных колец (полос равного наклона) с помощью формулы (8) определяется показатель преломления n стеклянной плоскопараллельной пластины.

Описание эксперимента

Экспериментальная установка состоит из оптической скамьи с набором рейтеров и приспособлений, источника монохроматического излучения (лазера), плоскопараллельной пластины в оправке и экрана наблюдений со встроенной в него короткофокусной собирающей линзой.

Рис. 3

Принципиальная оптическая схема установки представлена на рис. 3. Монохроматический световой пучок, излучаемый лазером, проходит через короткофокусную собирающую линзу Л, фокусируется в точке S и освещает плоскопараллельную пластину П. На экране Э наблюдают интерференционную картину.

Для определения показателя преломления стеклянной плоскопараллельной пластины необходимо знать длину волны l, толщину пластины h, измерить расстояние L и радиусы r_m и r_m+p , где r_m - радиус самого большого из наблюдаемых на экране светлых интерференционных колец, а r_m+p (p=1,2, . . .) - радиусы меньших колец. В соответствии с соотношением (8) показатель преломления рассчитывается по формуле:

                           .                                           (9)

Техника безопасности

· Необходимо соблюдать общие правила техники безопасности лаборатории "Оптика".

· Не следует касаться руками оптических элементов.

· Запрещается включать питание лазера без разрешения преподавателя.

· Конструкция лазера не рассчитана на длительную работу, поэтому его необходимо включать на минимальное время.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: