Изучение интерференции света с помощью бипризмы Френеля

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 14Следующая ⇒

Цель работы: изучение интерференции света в схеме с бипризмой Френеля и измерение длины волны лазерного излучения интерференционным способом.

ВВЕДЕНИЕ

Если две или несколько волн накладываются друг на друга в какой-то области пространства, то при определенных условиях возникает явление интерференции. В этом случае на экране, помещённом в области наложения световых волн, возникает чередование тёмных и светлых полос. Условия наблюдения интерференционной картины: складывающиеся волны должны иметь одинаковую частоту; одинаковое направление колебаний; амплитуды их не должны сильно различаться, то есть волны должны быть когерентными. Когерентными называют волны с неизменяющейся во времени разностью фаз и одинаковой частотой.

Для получения когерентных световых волн применяется метод разделения волны от одного источника на две части. Пройдя разные оптические пути, обе части световой волны накладываются в одной области пространства.

В данной работе для получения когерентных волн используется бипризма Френеля. Бипризма представляет собой две одинаковые, сложенные основаниями призмы с малым преломляющим углом Q(рис.1).

Свет после преломления в бипризме разделяется на два пучка, как бы исходящих из двух мнимых источников S¹ и S². Данные источники когерентны, поэтому в области перекрывания пучков будет наблюдаться интерференционная картина. В плоскости PQ, перпендикулярной оптической оси, интерференционная картина имеет вид чередующихся светлых и темных полос. Ширина интерференционной полосы определяется по формуле:

(1)

где l - длина волны света,

l - расстояние между мнимыми источниками S¹ и S²;

L - расстояние от источников до плоскости, в которой наблюдается интерференционная картина.

Расстояние l можно определить, зная преломляющий угол бипризмы Q и ее показатель преломления n. Как видно из рис.1, , а для малых углов; тогда

(2)

Из формул (1) и (2) получим выражение для длины волны:

(3)

Ширина интерференционной полосы мала, поэтому для её определения в работе используется короткофокусная линза (рис.2), дающая на экране 5 увеличенное изображение интерференционных полос, возникающих в области между бипризмой и линзой.

Из рис.2 видно, что ширина интерференционной полосы , входящая в формулу (3), выражается через ширину полосы на экране следующим образом:

неизвестное расстояние а можно найти с помощью формулы для тонкой линзы:

откуда

следовательно,

(4)

Из рис.2 видно, что:

(5)

Подставив выражения (4) и (5) в формулу (3), получим окончательно:

(6)

Зная показатель преломления стекла бипризмы n, её преломляющий угол Q, фокусное расстояние линзы f и измерив ширину интерференционной полосы на экране и расстояние b, d, с, можно по формуле (6) определить длину волны лазерного излучения.

ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

Все элементы лабораторной установки располагаются на оптической скамье (рис.3).

Пучок света, выходящий из лазера 1, проходит через щель 2 и падает на бипризму 3. Линза 4 используется для получения на экране 5 увеличенной картины интерференционных полос.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Проверить правильность и последовательность установки приборов на оптической скамье.

2. Включить лазер с разрешения преподавателя. Внимание! Попадание в глаз пряного лазерного излучения опасно для зрения.

3. Перемещая бипризму поперек оптической оси, вывести общую грань бипризмы на середину интенсивной части светового пучка.

4. С помощью микровинта устанавливают такую ширину щели, чтобы интерференционные полосы на экране были чёткими и в то же время достаточно яркими, в дальнейшей работе микровинт не трогать.

5. Перемещая бипризму и линзу вдоль оптической оси, подбирают удобную для измерения ширину полосы на экране .

6. По шкале на экране измеряют расстояние между серединами двух любых тёмных полос, разделёнными m светлыми полосами. Измерения повторяют три раза для разных пар тёмных полос.

7. По линейке на оптической скамье измеряют расстояния b, с и d.

8. Измерения, указанные в пунктах 6 и 7, провести три раза, изменяя расстояния b, с и d, получая четкую картину интерференционных полос на экране.

9. Результаты измерений и расчетов занести в таблицу.

№ п/п		m		b, c, d,	l,	Справочные данные
мм	мм	мм	мм
				b = c = d =		f = 65 мм n = 1, 5 Q = 4, 36× 10^-3рад
				b = c = d =
				b = c = d =
			=		=

10. По формуле (6) рассчитать длину волны лазерного излучения для каждого опыта.

11. Найти среднее значение длины волны лазерного излучения и погрешность измерений.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ ДОПУСКА К РАБОТЕ

1. Какова цель данной работы? Какое явление в ней изучается?

2. Каковы особенности лазерного излучения и какие меры предосторожности надо соблюдать при работе с ним?

3. Назовите приборы и для чего они используются в данной работе?

4. Какие измерения надо провести в этой работе?

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ СДАЧИ РАБОТЫ

1. Как возникает и в чём заключается явление интерференции?

2. При каких условиях возникает максимум и минимум освещённости при интерференции?

3. Какие волны называются когерентными? Что такое длина когерентности и время когерентности?

4. Приведите способы получения когерентных волн.

5. Как изменится интерференционная картина, если длину волны увеличить в 3 раза?

6. Получите выражение для ширины интерференционной полосы (1), используя схему получения интерференционной картины от двух когерентных источников волн.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3-4

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 8 9 10 Следующая ⇒