
- •Агентство российской федерации
- •Волны в упругих средах Краткая теория Стоячие волны
- •Собственные колебания
- •Скорость волны в струне
- •Скорость звука
- •Работа №1. Изучение собственных колебаний струны
- •Описание установки
- •Задание
- •Контрольные вопросы
- •Работа №2. Определение скорости звука
- •Описание установки
- •Задание
- •Контрольные вопросы
- •Оптика Введение
- •Работа №3. Изучение законов отражения и преломления света Законы отражения и преломления света
- •Экспериментальная установка. Методика эксперимента
- •Измерения. Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Работа №4. Определение фокусных расстояний собирающей и рассеивающей линз Введение
- •Экспериментальная установка. Методика эксперимента
- •Измерения. Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Работа №5.Измерение длины волны света с помощью бипризмы Френеля Введение
- •Экспериментальная установка. Методика эксперимента
- •Измерения. Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Работа №6. Определение показателя преломления стеклянной пластины в интерференционном опыте с полосами равного наклона Введение
- •Экспериментальная установка. Методика эксперимента
- •Измерения. Обработка результатов измерений
- •Работа №7. Определение радиуса кривизны линзы в интерференционном опыте с кольцами Ньютона Введение
- •Экспериментальная установка. Методика эксперимента
- •Измерения. Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Работа №8. Изучение дифракции света на щели Введение
- •Экспериментальная установка. Методика эксперимента
- •Измерения. Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы.
- •Работа №9. Измерение периода дифракционной решётки Введение
- •Экспериментальная установка. Методика эксперимента
- •Измерения. Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Работа №10. Исследование поляризованного света Введение
- •Экспериментальная установка. Методика эксперимента
- •Измерения. Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Оглавление
Работа №6. Определение показателя преломления стеклянной пластины в интерференционном опыте с полосами равного наклона Введение
При падении световой волны на прозрачную пластину происходит отражение от обеих поверхностей пластины. В результате возникают две когерентные световые волны, которые при известных условиях могут интерферировать.
Пусть плоскопараллельная пластина П, установленная параллельно экрану наблюденийЭ, освещается монохроматическим точечным источникомS, расположенным в центре экрана, так, как показано на рис. 1.
Рис. 1
При отражении света от передней и задней поверхностей пластины две волны (1 и 2), интерферируют между собой и создают на экране интерференционную картину в виде чередующихся светлых и тёмных концентрических колец.
Распределение светлых и тёмных колец на экране определяется полной оптической разностью хода волн2 и1 (см. (5)). Поскольку отражение от поверхности пластины невелико, многократное отражение света внутри пластины можно не учитывать. Для оптической разности хода0 волн2 и 1 имеем:
, (1)
где S1длина пути преломлённой волны внутри стеклянной пластины,nпоказатель преломления стекла,S2разность хода волн1 и2в воздухе, показатель преломления которого принимаем равным единице.
Из геометрии рис. 2 нетрудно найти:
, (2)
, (3)
где hтолщина пластины. Здесь мы воспользовались законом преломления света, согласно которому: sin=nsin, гдеугол падения, а угол преломления света.
Рис. 2
С учётом соотношений (2) и (3) уравнение (1) примет вид:
(4)
Чтобы учесть возникающее при отражении от ближней к источнику Sповерхности пластины изменение фазы волны на(фаза колебаний электрического и магнитного полей в световой волне при отражении от оптически более плотной среды скачком меняется на), при вычислении полной разности ходанадо к величинеприбавить2 (длина волны света в вакууме). В результате получится:
.(5)
В точках экрана, для которых m(mцелое число), возникают максимумы интенсивности света и, следовательно, наблюдаются светлые кольца. Каждое кольцо образовано лучами, падающими на пластину под примерно одинаковыми углами, поэтому получаемая интерференционная картина называетсяполосами равного наклона.Принимая во внимание соотношение (5), запишем условия наблюдения двух светлых колец с номерамиm иm+p:
(6)
(7)
Вычитая из уравнения (7) уравнение (6), и учитывая малость углов mиm+p, после несложных преобразований получим:
.(8)
При выводе соотношения (8) мы воспользовались приближением малых углов и геометрией рис. 1:
,
,
где rmиrm+pрадиусы соответствующих светлых колец.
В настоящей лабораторной работе по измеренным значениям радиусов светлых интерференционных колец (полос равного наклона)с помощью формулы (8) определяется показатель преломленияnстеклянной плоскопараллельной пластины.
Экспериментальная установка. Методика эксперимента
Экспериментальная установка состоит из оптической скамьи с набором рейтеров и приспособлений, источника монохроматического излучения (лазера), плоскопараллельной пластины в оправке и экрана наблюдений со встроенной в него короткофокусной собирающей линзой.
Принципиальная оптическая схема установки представлена на рис. 3. Монохроматический световой пучок, излучаемый лазером, проходит через короткофокусную собирающую линзу Л, фокусируется в точкеSи освещает плоскопараллельную пластинуП. На экранеЭнаблюдают интерференционную картину.
Рис. 3
Для определения показателя преломления стеклянной плоскопараллельной пластины необходимо знать длину волны , толщину пластиныh, измерить расстояниеL и радиусыrm иrm+p , гдеrm радиус самого большого из наблюдаемых на экране светлых интерференционных колец, аrm+p(p=1,2, . . .)радиусы меньших колец. В соответствии с соотношением (8) показатель преломления рассчитывается по формуле:
.(9)