11290

Изучение явления интерференции света при помощи бипризмы Френеля

Лабораторная работа

Физика

Изучение явления интерференции света при помощи бипризмы Френеля Указания содержат краткое описание рабочей установки и методику получения интерференции с помощью бипризмы Френеля. Методические указания предназначены для студентов инженерных специальностей в

Русский

2013-04-05

273.5 KB

31 чел.

Изучение явления интерференции света

при помощи бипризмы Френеля

Указания содержат краткое описание рабочей установки и методику получения интерференции  с помощью бипризмы Френеля. Методические указания предназначены для студентов инженерных специальностей всех форм обучения в лабораторном практикуме по физике (раздел «Оптика»).

Печатается по решению методической комиссии

факультета «Нанотехнологии и композиционные материалы»

Научный редактор   проф., д.т.н. В.С. Кунаков

© Издательский центр ДГТУ, 2011

Цель работы: Ознакомиться с методикой определения основных характеристик интерференционного поля, полученного с помощью бипризмы Френеля.

Оборудование:  Бипризма Френеля, источник света, конденсор, микроскоп, набор светофильтров, собирающая линза.

 

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

Интерференция – это наложение когерентных волн, при котором происходит пространственное перераспределение светового потока, в результате чего в одних местах возникают максимумы, а в других минимумы интенсивности.

Когерентными называются волны одинаковой частоты и постоянной разности фаз. Для получения когерентных волн необходимо разделить световой луч, исходящий из одного источника. Это возможно осуществить с помощью экранов и щелей, зеркал и преломляющих тел.

В работе для получения интерференции света используется бипризма Френеля В (см. рис.1), которая представляет собой две соединённые основаниями призмы с одинаковыми и очень малыми (порядка ) преломляющими углами .

Выходящий из щели  пучок света после преломления в бипризме разделяется на две цилиндрические волны, соответствующие мнимым когерентным источникам  и . Разделённые пучки частично перекрываются, образуя зону интерференции  (рис.1). На экране  наблюдается интерференционная картина, представляющая собой чередующиеся тёмные и светлые полосы.

Расстояние между серединами светлых (или между серединами тёмных) полос называется шириной интерференционной полосы (см. рис.1).

Расстояние  между когерентными источниками (рис.2) определяется следующим образом.

Рис.2

Между бипризмой и экраном устанавливается линза с фокусным расстоянием  таким образом, чтобы лучи после прохождения через линзу шли параллельным пучком до экрана (см. рис.2). Пучки света, соответствующие источникам  и , проходя через линзу, создают на экране их изображения  и  , расстояние между которыми определяется с помощью микроскопа умножением цены деления микроскопа  на число делений , укладывающихся между изображениями источников, т.е. . Из подобия треугольников  и  (см. рис.2) получаем: .  Отсюда выражаем :

,                               (1)

где  - фокусное расстояние линзы;  - расстояние от источников до линзы.

Ширину интерференционной полосы  (см. рис.1) можно получить путём измерения микроскопом расстояния , на котором укладывается  хорошо видимых светлых или тёмных интерференционных полос. При этом учитываем, что между  полос укладывается () промежутков . Например, на рис.3 , следовательно, между первой и шестой полосами находится пять промежутков .

Рис.3

В результате получаем:

,                            (2)

где - цена деления микроскопа; -число делений микроскопа, укладывающихся на расстоянии .

Из теории по интерференции света получена формула для ширины интерференционной полосы:

,                                    (3)

где - длина световой волны; - расстояние между когерентными источниками; - расстояние от когерентных источников до экрана, т.е. до изображения источников в микроскопе (рис.4).

Приравнивая формулы (2) и (3), получаем формулу для определения длины волны:

.                                   (4)

Принципиальная схема установки представлена на рис.4.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Задание 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАССТОЯНИЯ МЕЖДУ

КОГЕРЕНТНЫМИ ИСТОЧНИКАМИ СВЕТА

  1.  Установить  по заданию преподавателя длину тубуса микроскопа    и по таблице, находящейся на столе, определить цену деления микроскопа .
  2.  Измерить расстояние  (рис.4) от источников света до линзы. При этом в поле зрения окуляра будут отчётливо видны изображения когерентных источников.
  3.  Фокусное расстояние линзы  дано на рабочем столе.
  4.  Поставить перед микроскопом светофильтр.
  5.  Посчитать число делений шкалы микроскопа , укладывающихся между изображениями когерентных источников.
  6.  Рассчитать по формуле (1) расстояние между когерентными источниками .
  7.  Все данные занести в табл.1.
  8.  Повторить пункты 4-6 для разных светофильтров (не менее трёх).
  9.  Вычислить среднее значение .
  10.  Рассчитать абсолютную  и относительную погрешности по формулам:

;  .

Таблица 1

Номер

Цвет

свето-фильтра

мм

мм/дел

мм

мм

дел

мм

мм

%

1

2

3

ср.

Задание 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ СВЕТОВОЙ ВОЛНЫ

  1.  Не изменяя длину тубуса микроскопа , снять с оптической скамьи линзу, а перед объективом микроскопа установить светофильтр.
  2.  Измерить расстояние  от когерентных источников до экрана (см.рис.4).
  3.  Перемещая микроскоп поперёк поля интерференции (вдоль координаты ), получить в поле зрения окуляра отчётливую интерференционную картину.
  4.  Выбрать тёмных (или светлых) хорошо видимых полос и  посчитать число делений микроскопа , на которых они укладываются (см.рис.3).
  5.  Вычислить длину волны  по формуле (4), где расстояние между когерентными источниками  берётся как среднее значение из табл.1.
  6.  Для данного светофильтра повторить пункты 4-5, выбирая другое число хорошо видимых полос .
  7.  Вычислить среднее значение длины волны  для данного светофильтра.
  8.  Посчитать абсолютную  и относительную  погрешности по формулам:

;     .

  1.  Повторить пункты 2-8 для другого светофильтра, занося данные в табл.3, аналогичную табл.2.

                                                                       Таблица 2

Цвет

свето-

фильтра

 

м

дел

м

м

%

 1

 2

 3

ср.

Таблица 3

Цвет

свето-

фильтра

м

дел

м

м

%

1

2

3

ср.

Контрольные вопросы

  1.  Почему интерференция считается одним из основных доказательств волновой природы света?
  2.  Что называется интерференцией света?
  3.  Какие лучи называются когерентными?
  4.  Условия максимума и минимума при интерференции.
  5.  Методы получения когерентных волн.
  6.  Что называется шириной интерференционной полосы?
  7.  Что такое оптическая разность хода?
  8.  Способ получения интерференции с помощью бипризмы.
  9.  Вывести формулу для определения ширины интерференционной полосы.
  10.  Вывести формулу для определения длины световой волны.
  11.  Почему интерференционная картина в белом свете имеет радужную окраску?

Техника безопасности

  1.  К работе с установкой допускаются лица, ознакомленные с ее устройством и принципом действия.
  2.  Не следует касаться пальцами поверхностей оптических деталей.
  3.  Не следует перемещать по оптической скамье бипризму.

Рекомендуемая литература

  1.  Савельев И.В. Курс общей физики / И.В. Савельев. Т.1. – М.: Наука, 2006.
  2.  Трофимова Т.И. Курс физики / Т.И. Трофимова. – М.: Высшая школа, 2004.
  3.  Справочное руководство по физике. Ч.2. Колебания, волны, оптика, атомная и ядерная физика: учеб.-метод. пособие / И.Н. Егоров, С.И. Егорова, В.С. Кунаков, Г.Ф. Лемешко. – Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2009.
  4.  Федосеев В.Б. Физика / В.Б. Федосеев. – Ростов н/Д: Феникс, 2009.

Редактор А.А.Литвинова

_______________________________________________________________

В печать 17.01.2011.

Объём 0,5 усл. п.л. Офсет. Формат 60х84/16.

Бумага тип №3. Заказ №     . Тираж 120 экз. Цена свободная

_______________________________________________________________Издательский центр ДГТУ

Адрес университета и полиграфического предприятия:

344000, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина,1.

Рис. 1

М

СФ

S1

2

O

S

P

Q

L

x

B

∆x

Э

М

S1

S2

O1

EMBED Equation.3  

A

Э

B

Л

EMBED Equation.3  

O

C

F

d

хч

1

2

3

4

5

6

Рис.4. Принципиальная схема установки: 1 – источник света;

2 – конденсор; 3 – бипризма; 4 – линза; 5 - микроскоп

1

2

3

4

5

A

L


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

37737. ИССЛЕДОВАНИЕ ЦЕПИ СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА ПРИ ПАРАЛЛЕЛЬНОМ СОЕДИНЕНИИ R-L И R-C 87.5 KB
  1 за верные то расчетные значения угла  по сравнению с измеренными отличаются в случае когда мы уменьшаем активное сопротивление в среднем на 2 4 меньше а в случае уменьшения реактивного сопротивления меньше на 6 7 для цепи параллельного соединения R L. Для цепи параллельного соединения R C расчетный угол сдвига фаз  в случае увеличения активного сопротивления на 2 3 меньше измеренного. Для цепи параллельного...
37739. Исследование резонанса напряжений в электрической цепи 182.5 KB
  Цель работы Изучить явление резонанса напряжения в электрической цепи содержащей последовательно соединённую индуктивную катушку и конденсатор. Схема установки Экспериментальная часть...
37740. Исследование резонанса напряжений 141 KB
  Цель работы Изучить явление резонанса напряжения в электрической цепи содержащей последовательно соединённую индуктивную катушку и конденсатор. Схема установки Экспериментальная часть:
37741. Дослідження операційного підсилювача 338.5 KB
  Умовне позначення типового операційного підсилювача показано на рис. Умовне позначення операційного підсилювача Всі ОП мають так званий диференціальний вхід виконаний як два незалежні входи: інвертуючий і неінвертуючий. При зміні напруги вхідного сигналу на цих ділянках вихідна напруга підсилювача залишається незмінною і визначається напругами близькими до напруги джерел живлення.
37742. Исследование пассивного четырехполюсника 84 KB
  Выполнил: ПО222 ФИРТ Уфа 2007 Цель работы Определить эксперемнтально параметры пассивного четырехполюсника. Рассчитать режимы работы четырехполюсника по эксперементальным данным. Режим работы Прямая передача энергии Обратная предача энергии
37743. Исследование переходных процессов при разрядке конденсатора на резистор и индуктивную катушку 2.75 MB
  Цель: Исследовать апериодический колебательный разряд конденсатора на резисторе и индуктивной катушке. Схема электрической цепи: 1 2 Результаты измерений и вычислений: 1 Установлено Измерено Вычислено
37744. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ СО ВЗАИМНОЙ ИНДУКТИВНОСТЬЮ 57.5 KB
  Экспериментально определить параметры катушек и коэффициент взаимной индукции. Определить комплексные сопротивления схемы замещения без индуктивной связи двух параллельно соединенных катушек с взаимной индуктивностью параметры которых определены в п. Также был определен коэффициент взаимной индукции по формуле: M = Экспериментально было доказано что при одинаковых токах протекающих через согласно и встречно включенные катушки...
37745. Исследование переходных процессов при разряде конденсатора на цепь 51 KB
  Емкость С переменная емкость С1 блока Конденсаторы. сопротивление резистор 10 кОм 50 Вт блока резисторов.Индуктивность L и сопротивление R индуктивные катушки блока Индуктивность Экспериментальная часть Схема №1 Измерено