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

18276. ОПЕРАЦІЯ НАД МНОЖИНАМИ 256.5 KB
  Лекція 3 ОПЕРАЦІЯ НАД МНОЖИНАМИ Поняття про операції. Операції перерізу обєднання доповнення підмножини до множини і доповнення. Зображення результатів операцій за допомогою кругів Ейлера. Закони операції над множинами. Число елементів у обєднанні ...
18277. ВІДНОШЕННЯ МІЖ ЕЛЕМЕНТАМИ ДВОХ МНОЖИН 53 KB
  Лекція 4 ВІДНОШЕННЯ МІЖ ЕЛЕМЕНТАМИ ДВОХ МНОЖИН Відношення між елементами двох множин та його основні характеристики: області відправлення і прибуття; графи відношення області визначення і значення повні образи і прообрази елементів. Операції над відношення...
18278. ВІДНОШЕННЯ НА МНОЖИНІ 121.5 KB
  Лекція 5 ВІДНОШЕННЯ НА МНОЖИНІ Відношення на множині та його основні характеристики. Особливості графа відношення на множині. Способи задання відношень на множині. Основні властивості відношень на множині: рефлективність і антирефлексивність симетричність ...
18279. ФУНКЦІЇ ВІДОБРАЖЕННЯ 260.5 KB
  Лекція 6 ФУНКЦІЇ ВІДОБРАЖЕННЯ Поняття функції та її основні характеристики. Способи задання функцій. Відображення і їх види. Рівнопотужні множини. Потужність множини. Теорема про обєднання рівно потужних множин. Питання на самостійне опрацю
18280. АЛГЕБРАЇЧНІ ОПЕРАЦІЇ І АЛГОРИТМИ 72.5 KB
  Лекція 7 АЛГЕБРАЇЧНІ ОПЕРАЦІЇ І АЛГОРИТМИ Бінарні алгебраїчні операції та їх основні характеристики. Асоціативний і комутативний закони операції. Дистрибутивні закони що повязують дві операції. Операція обернена даній. Питання на самостійне опр...
18281. ЛОГІКА ВИСЛОВЛЕНЬ 143.5 KB
  Лекція 8 ЛОГІКА ВИСЛОВЛЕНЬ Поняття про твердження. Математичні твердження та їх види. Висловлювання логічне значення висловлення. Логічні сталі. Прості і складні висловлення. Пропозиційні змінні. Операції заперечення конюнкції дизюнкції та еквіва
18282. ЛОГІКА ПРЕДИКАТІВ 172.5 KB
  Лекція 9 ЛОГІКА ПРЕДИКАТІВ Поняття про зміну в математиці. Предикат висловлювальна форма та його основні характеристики. Тотожно істинні тотожно хибні і рівносильні предикати. Операції логіки висловлень над предикатами. Області істинності результат
18283. МІРКУВАННЯ ТА ПЕРЕВІРКА ЇХ ПРАВИЛЬНОСТІ 87.5 KB
  Лекція 10 МІРКУВАННЯ ТА ПЕРЕВІРКА ЇХ ПРАВИЛЬНОСТІ Поняття про міркування. Правильні і неправильні міркування. Перевірка правильності міркувань за допомогою кругів Ейлера або наведення контрприкладу. Теореми і їх будова. Твердження що повязані з даною те
18284. РІЗНІ ПІДХОДИ ДО ПОБУДОВИ МНОЖИНИ ЦІЛИХ НЕВІД’ЄМНИХ ЧИСЕЛ 70 KB
  Лекція 11 РІЗНІ ПІДХОДИ ДО ПОБУДОВИ МНОЖИНИ ЦІЛИХ НЕВІДЄМНИХ ЧИСЕЛ Короткі історичні відомості про виникнення натурального числа і нуля. Різні підходи до побудови множини цілих невідємних чисел. Скінченні множини та їх властивості: а Теоретикомн