Іі. Опис приладів і методика вимірювання

Для експериментального одержання явища інтерференції при накладанні двох коливань необхідно, щоб вони виходили з одного і того ж джерела. Для цього служить біпризма Френеля.

Біпризма Френеля складається з двох однакових, складених основами призм з малими кутами заломлення (рис.1). Світло від джерела S заломлюється в обох призмах, у результаті чого за біпризмою розповсюджуються світлові промені, що ніби відходять від уявних джерел світла S₁ і S₂, які є когерентними. Таким чином, на поверхні екрана в заштрихованій області відбувається накладання когерентних променів, унаслідок чого спостерігається інтерференція.

Біпризма – це дві призми з малими заломлюючими кутами (порядку 30), складені основами (див. рис.1).

Падаючи від щілини, пучок світла після заломлення в біпризмі розділяється на два пучки, що перекриваються і ніби виходять з двох уявних зображень щілини S₁ і S₂. Оскільки джерела S₁ і S₂ когерентні, то в просторі за біпризмою буде спостерігатися інтерференційна картина, локалізована в усій області перетину пучків.

Знаючи віддаль між джерелами, легко одержати залежність між довжиною хвилі і X – віддаль між інтерференційними смугами на екрані, розташованому паралельно лінії, що з’єднує джерела.

Рис.1.

Розглянемо розрахунок інтерференційної картини для двох лінійних джерел S₁ і S₂, які розташовані на віддалі d один від одного. Екран знаходиться на віддалі l від джерел, причому l > d. З рис.2 випливає:

Рис.2.

(1)

.

Віднімаючи почленно, одержимо:

(l₂ - l₁ ) (l₂ + l₁ ) = 2xd. (2)

Оскільки l > d; l₂ + l₁ 2l.

Якщо позначити l₂ - l₁ = ,

= 2xd/2l=x . (3)

У тих точках на екрані, де ця різниця ходу дорівнює цілому числу хвиль або парному числу півхвиль,

_max=2k ; k=0; 1; 2; (4)

хвилі, що приходять від обох джерел, додаються, амплітуда подвоюється, а інтенсивність зростає в чотири рази. В тих місцях екрана, де різниця ходу дорівнює непарному числу півхвиль,

_min=(2k+1) ; k=0; 1; 2; 3; (5)

хвилі від обох джерел приходять в протилежній фазі і повністю гасять одна другу. В результаті на екрані буде спостерігатися система світлих і темних смуг, що чергуються. Знаходимо положення послідовних максимумів

x_к = k . (6)

Віддалі між сусідніми максимумами

x_k+1 – x_k = (k+1) - k = (7)

залишаються незмінними вздовж екрана. Оскільки l >>d , то > .

Тоді .

Для цієї лабораторної роботи:

= n ; n=1/2δ; d=nкd^/; k=9;

звідки

= n ^/nkd^//l = ^/d^/n²k/l (8)

Ііі. Завдання

1. Ознайомитися з установкою та визначити її параметри.

1. Визначити довжину хвилі світла.

IV. Хід роботи

1. Біпризму помістити на віддалі від щілини так, щоб її заломлюючі ребра були горизонтальні. На віддалі від біпризми помістити окулярний мікрометр. Вікно освітлювача, середина щілини і окулярний мікрометр повинні бути встановлені на одній висоті.

2. Зробивши щілину достатньо вузькою, повернути її або біпризму навколо горизонтальної осі, добиваючись такого положення, щоб щілина була строго паралельна ребру біпризми. При цій установці інтерференційна картина буде найбільш чіткою. Міняючи ширину щілини і пересуваючи мікрометр вздовж оптичної лави, добитися того, щоб інтерференційні смуги були достатньо яскраві при достатньо великій віддалі між ними.

3. Визначення віддалі між смугами x^/ проводити за допомогою вимірювального мікроскопа. Для цього необхідно виміряти віддаль між двома достатньо віддаленими одна від одної темними/світлими смугами і поділити цю віддаль на число світлих/темних смуг, що знаходяться між взятими темними/світлими смугами. Кожне вимірювання провести кілька разів і вибрати середній результат.

4. Визначити віддаль d між уявними джерелами S₁, S₂. Для цього на оптичну лаву між біпризмою і мікрометром помістити збірну лінзу L (рис.3) з фокусною віддаллю 10-15 см, яка дає два уявних зображення щілини S. Пересуваючи лінзу, добитися того, щоб обидва зображення щілини були виразно видимі в окулярному мікрометрі. В цьому випадку вони лежать у тій же площині, в якій спостерігається інтерференційна картина.

5. За допомогою вимірювального мікроскопа виміряти віддаль між зображеннями щілини d.

Рис.3.

6. Виміряти віддаль l від щілини S до окулярного мікрометра O_к , віддаль l_n від щілини S до лінзи L і віддаль від лінзи L до мікрометра O_к. За формулою збільшення лінзи знайти віддаль між уявними зображеннями щілини:

d = nkd^/.

7. Користуючись формулою (8), обчислити довжину хвилі. Дані записати в табл.1.

Таблиця 1

Результати вимірювань та обчислень

x/	d/	d	l	k	n	λ	Δλ