Описание экспериментальной установки

На одном конце оптической скамьи располагается источник света L со светофильтром F и щелевой диафрагмой S (рис. 3).

На расстоянии 60-80 см от щели располагается бипризма B так, чтобы ее преломляющее ребро было вертикально. На расстоянии 30-50 см от бипризмы находится окулярный микрометр M, представляющий собой сложную лупу для визуального наблюдения интерференционной картины.

Рис. 3

В фокальной плоскости окулярного микрометра расположена неподвижная стеклянная пластина со шкалой от 0 до 8 мм, каждое деление которой равно 1 мм. Именно на фоне этой шкалы рассматривается интерференционная картина с помощью окуляра.

В той же плоскости расположена вторая подвижная стеклянная пластинка с перекрестием и индексом в виде двойной риски. Эта пластинка связана с точным микрометрическим винтом (позиция 2 на рис. 4) так, что при вращении микрометрического винта перекрестие и риски перемещаются в поле зрения окуляра относительно неподвижной шкалы. Шаг винта равен 1 мм.

Таким образом, при повороте барабана винта на один оборот перекрестие и риски в поле зрения окуляра переместятся на одно деление шкалы, т. е. на 1 мм.

Следовательно, неподвижная шкала в поле зрения служит для отсчета полных оборотов барабана винта, т.е. для отсчета полных миллиметров перемещения перекрестия окуляра.

Барабан винта разделен на 100 частей (см. рис. 4). Следовательно, поворот барабана на одно деление соответствует перемещению перекрестия на 0,01 мм. Таким образом, шкала барабана служит для отсчета сотых долей миллиметра. Полный отсчет по шкалам окулярного микрометра складывается из отсчета по неподвижной шкале и отсчета по барабану винта.

Рис. 4

Отсчет по неподвижной шкале в поле зрения определяется положением двойной риски, т.е. подсчитывается, на сколько полных делений шкалы переместились двойная риска, считая от нулевого деления шкалы (рис. 5).

Рис. 5

Отсчет по барабану микрометрического винта производится точно так же, как и на обычном микрометре, т.е. определяется, какое деление шкалы барабана приходится против индекса, расположенного на неподвижном патрубке винта (позиция 1 на рис. 5).

Для определения координаты нужной полосы требуется выполнить следующие операции:

- с помощью микрометрического винта (позиция 2 на рис. 5) подводят двойную риску подвижной пластины (позиция 3 на рис. 5) и перекрестие (позиция 4 на рис. 5) до совпадения с этой полосой интерференционной картины (позиция 5 на рис. 5), как показано на рис. 5;

- после этого делается отсчет.

Допустим, что двойная риска в поле зрения расположена между 5-м и 6-м делениями шкалы в поле зрения окуляра (см. рис. 5), а индекс барабана приходится против деления 35 шкалы барабана. Тогда полный отсчет по шкалам окулярного микрометра будет 5,00 мм + 0,35 мм = 5,35 мм.

Порядок выполнения работы

Юстировка установки. Центр источника света, середина щели, бипризма и окулярный микрометр (собирающая линза вначале не устанавливается) должны быть установлены на одной оптической оси.

Включив источник света, слегка поворачивают щелевую диафрагму и бипризму около горизонтальной и вертикальной осей, добиваясь строгой параллельности щели диафрагмы и ребра бипризмы. Добившись попадания интерференционной картины в поле зрения окулярного микрометра, уменьшают ширину щели и передвигают бипризму вдоль оптической скамьи.

C помощью этих и других настроечных операций надо добиться того, чтобы интерференционные полосы были четкими при возможно минимальной ширине щели.

Результаты производимых измерений записывают в таблицу 1.

Таблица 1.

№ п/п

Свето- фильтры

xm, мм

xm+k, мм

k

x, мм

d′1, мм

d′2, мм

d’ мм

a, мм

b, мм

d, мм

r, мм

, мкм

1

2

3

4

1

2

3

4

1. С помощью окулярного микрометра определяют величину x - среднее расстояние между двумя соседними максимумами (или минимумами). Для этого необходимо измерить координаты x_m и x_mk двух достаточно удаленных друг от друга светлых (темных) полос и разделить это расстояние на число темных (светлых) полос k, находящихся между выбранными полосами.

2. Далее определяют расстояние d между мнимыми источниками S₁ и S_2. Для этой цели на оптическую скамью, не смещая никаких элементов установки, между бипризмой и окулярным микрометром помещают собирательную линзу l (см. рис. 3), которая дает два действительных изображения щели S.

Передвигая линзу, добиваются, чтобы оба изображения щели были отчетливо видны в окулярном микрометре. В этом случае они лежат в той же плоскости, в которой наблюдалась интерференционная картина.

С помощью окулярного микрометра измеряют координаты изображений щелей dи d, которые наблюдаются в поле зрения окуляра.

3. Затем измеряют расстояние a от щели S до линзы l и расстояние b от линзы l до окулярного микрометра M.

4. Расстояние между мнимыми источниками находят по формуле увеличения линзы:

гдеd =d-d. (12)

5. Наконец, расстояние r между щелью S и окулярным микрометром M вычисляют как сумму расстояний a и b:

(13)

Окончательную формулу для расчета  можно получить, подставляя параметры d и r, определенные соотношениями (12) и (13), в формулу (11). Кроме того, учитывая, что

аимеем:

. (14)

6. Подставив полученные данные в соотношение (14), найти длину световой волны . Записать результаты расчета  в таблицу 1 в мкм.

7. Эти измерения следует провести не менее трех раз для каждого из двух светофильтров (измеряются координаты x_m+k различных интерференционных полос).

8. Рассчитать =, гдеn - число найденных значений .