7. Лабораторная работа № 3-13 интерферометр маха-цендера
Цель работы: Наблюдение интерференции с помощью интерферометра Маха-Цендера. Измерение малых деформаций опорной пластины интерферометра.
Оборудование: Оптическая скамья, интерферометр Маха-Цендера, разновесы.
Методика эксперимента
Если
к середине опорной пластины интерферометра
приложить вертикальную силу F
(рис. 43), то пластина прогнется, причем
угол Θ, на который повернутся его концы,
определяется силой
,
расстоянием L
между опорами, шириной
и толщиной
пластины, а
также модулем Юнга
материала пластины:
. (50)
(См. учебное пособие В. В. Светозаров. Модульный оптический практикум. М., 1998). Кронштейны с зеркалами повернутся на тот же угол, при этом расстояние между верхними зеркалами станет меньше расстояния между нижними на величину
,
что приведет к смещению интерференционной картины на полос:
. (51)
Измерив , можно определить деформацию пластины и модуль Юнга её материала.
В
установке
мм.,
мм. материал пластины и ее поперечные
размеры указаны в паспорте установки.
Порядок выполнения работы
Перед началом выполнения работы необходимо ознакомиться с теорией интерференции, с описанием интерферометр Маха-Цендера, инструкцией по его эксплуатации (см. Приложении 6) и инструкцией по технике безопасности при работе с лазерными источниками света.
Задание 1.
1. Настройте интерферометр. Получите на экране 4÷6 полос.
2.Установите в кронштейне поворотного столика 4 (модуль 8) рамку с полкой для гирь (см. рис. 40 и рис. 42 в Приложении 6). Убедитесь, что при легком нажатии на полку интерференционная картина смещается.
3. Закрепите на экране свежий лист бумаги и проведите на нём линию, перпендикулярную полосам. Вы получите координатную ось, по которой будете отмечать смещение полос. Отметьте положение крайних хорошо различимых полос. Расстояние между отметками, делённое на число полос, даёт ширину полосы . Определите её.
4.
Выберите одну из полос для регистрации
смещения интерференционной картины и
отметьте её начальное положение
.
5.
Аккуратно положите на полку гирю (50г) и
отметьте новое положение полосы
.
Увеличивая нагрузку до 300г ступенями
по 50г, отмечайте соответствующие
положения полосы. Для каждой нагрузки
определите смещение в единицах
(порядок интерференции), разделив
смещение полосы
на ширину полосы
.
Данные занесите в таблицу.
Таблица 1.
-
, г.
50
100
150
200
250
300
6.
Постройте график зависимости
.
Определите
при максимальной нагрузке. Найдите
модуль Юнга
материала пластины.
7. Оцените погрешность измерения и запишите результат в формате
.
Контрольные вопросы
1. Что такое интерференция? Какие волны называются когерентными? Как можно получить когерентные световые волны?
2. Что понимается под геометрической и оптической разностью хода?
3. Запишите и сформулируйте условия интерференционных минимумов и максимумов.
4. Объясните принцип действия интерферометра Маха-Цендера.
4. Объясните основные принципы измерения физических величин с помощью интерферометров.