Бипризма френеля. Лабораторная работа 12 определение длины волны при помощи бипризмы френеля студент группы ээ 13 07 Алёшкин Владимир
 Скачать 463.99 Kb.
|
|
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Федеральное государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования «Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова» Кафедра общей физики ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №12 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ ВОЛНЫ ПРИ ПОМОЩИ БИПРИЗМЫ ФРЕНЕЛЯ Выполнил: Студент группы ЭЭ – 13 - 07 Алёшкин Владимир Проверил: Алексеев В.Г. Чебоксары 2008 Цель работы: изучение явления интерференции света при помощи бипризмы Френеля и определение длины световой волны. Приборы и принадлежности: оптическая скамья, бипризма Френеля, осветитель с щелью, светофильтр, окулярный микроскоп, объектив. Краткая теория. Для экспериментального обнаружения интерференции света при сложении двух колебаний необходимо, чтобы они первоначально исходили из одного и того же источника. Два центра излучения, образованные из одного и того же источника, испускающие поэтому колебания с постоянной разностью фаз, являются когерентными. Энергия колебаний (т.е. и интенсивность света) в интерференционном поле двух близких точечных когерентных источников одинаковой амплитуды пропорциональна (см., например, [2]):  где d1 и d2 – соответствующие расстояния точек поля от источников, – длина волны, а – амплитуда колебаний и – начальная разность фаз колебаний. Если принять для простоты, что начальная разность фаз = 0, то последняя формула упростится и позволит легко получить зависимость результирующей интенсивности от разности хода слагаемых волн. В частности, максимумы (минимумы) интенсивности в данной точке поля будут наблюдаться при  где k – целое число. Пользуясь этими соотношениями и зная расстояние между источниками, легко получить зависимость между длиной волны и расстоянием между интерференционными полосами на экране, расположенном параллельно линии, соединяющей источники. Если S1 и S2 (рис. 3.1) – два когерентных источника света, расстояние между которыми (l) мало по сравнению с расстоянием d0 до экрана, то на экране будут наблюдаться интерференционные полосы. В точке А будет находиться центральная светлая полоса (так как разность хода здесь равна 0).  Расстояние светлой k-й полосы от центральной, равное хк, определяется из условия  если хk и l малы по сравнению с d0. Положение темных полос определяется условием  Следует отметить, что расстояние между двумя соседними светлыми (темными) полосами (k+1)-го и k-го порядка есть х (ширина интерференционной полосы). Действительно: - для светлых полос - для темных полос  откуда  Определение длины световой волны при помощи бипризмы Френеля Бипризма представляет собой две призмы с малыми преломляющими углами (порядка 30' ), сложенными основаниями (рис. 3.2). Падающий от щели S пучок света после преломления в бипризме разделяется на два перекрывающихся пучка, как бы исходящих от двух изображений щели S1 и S2. Так как источники S1 и S2 когерентны, то в пространстве за призмой будет наблюдаться интерференционная картина, локализованная во всей области пересечения пучков.  Измерения. Бипризма (установка показана на рис. 3.2, вид сверху) помещается на расстоянии 20-30 см от щели так, чтобы ребро тупого угла бипризмы было расположено вертикально. На расстоянии 30-40 см от призмы устанавливается окулярный микрометр (Э). Призма и окулярный микрометр должны быть установлены на одной высоте. Сделав щель достаточно узкой, слегка поворачивают ее или бипризму вокруг горизонтальной оси, добиваясь такого положения, чтобы щель была строго параллельна ребру бипризмы. Только при этой установке интерференционная картина будет отчетливой. Изменяя ширину щели и передвигая микрометр вдоль оптической скамьи, добиваются того, чтобы интерференционные полосы были яркими при достаточно большом расстоянии между ними (0,08-0,15 мм). Затем определяют расстояние между соседними светлыми или темными интерференционными полосами с помощью микрометра. Для этого необходимо измерить расстояние между достаточно удаленными друг от друга темными (светлыми) полосами и разделить это расстояние на число светлых (темных) полос. Следует помнить, что цена крупного деления шкалы, по которой перемещается крест нитей окуляра, равна 200, а цена деления шкалы барабана = 410-3 мм. Измерения производят следующим образом: устанавливают крест нитей на интерференционную полосу слева, берут отсчет по шкале и по барабану N1, а затем передвигают крест нитей с помощью барабана на число полос m вправо и берут отсчет N2 так же, как N1. Расстояние, на котором укладывается m интерференционных полос, будет (N2-N1). Поделив это расстояние на число полос m, находят ширину полосы Δx. Далее определяется расстояние между мнимыми источниками S1 и S2 (l). Для этого используют вспомогательную собирающую линзу (объектив из нескольких линз). На оптическую скамью между бипризмой и окулярным микрометром помещают объектив, который может передвигаться вдоль оптической скамьи. Щель, бипризма и окулярный микрометр должны быть закреплены неподвижно. Передвигая линзу (рис. 3.3), добиваются того, чтобы в фокальной плоскости окулярного микрометра было видно увеличенное (S1 и S2) изображение мнимых источников света (две светлые узкие полосы). Оно получается в той же плоскости, в которой наблюдалась ранее интерференционная картина. С помощью окулярного микрометра измеряют увеличенное расстояние l1 между мнимыми изображениями щели уже описанным выше способом.  Чтобы найти истинное расстояние между мнимыми источниками l, нужно найти коэффициент увеличения объектива k0 и разделить на него l1, т.е. 0 1 k l l . Для определения k0 нужно измерить расстояние от щели до линзы d и от линзы до фокальной плоскости окулярного микрометра в:  Измеряют расстояние от щели до фокальной плоскости окулярного микрометра d0 и по формуле (1) вычисляют длину волны:  Вычисляют погрешность . Данные измерений и вычислений заносят в табл. Таблица 1 для красной волны.
Таблица 2 для зеленой волны.
Таблица 1 для красной волны.
Таблица 2 для зеленой волны.
1). Расчеты для красной длины волны:    мм   мм  мм  мм2). Расчеты для зеленой длины волны:    мм   мм мм мм  мм3). Запишем окончательный результат вычисления длины волны:  мм или   мм или  |