Контрольные вопросы

1. Какие волны называются монохроматическими?

2. Что такое длина и время когерентности?

3. Что называется оптической разностью хода волн?

4. Почему в установке для наблюдения колец Ньютона (рис. 3.1) используется линза с большим радиусом кривизны?

5. Обоснуйте условия, при которых наблюдаются тёмные и светлые кольца Ньютона?

6. Разъясните, почему в центре интерференционной картины, наблюдаемой в отражённом свете, видно всегда тёмное пятно?

7. Какие изменения произойдут в интерференционной картине, если пространство между линзой Л и плоскопараллельной пластиной Пл в установке на рис. 3.1, а заполнить жидкостью с показателем преломления n_ж?

8. Какая возникнет интерференционная картина в отражённом свете, если линзу Л (рис. 3.1, а) освещать белым светом?

9. Как несовершенства поверхностей линзы Л и пластины Пл проявятся в интерференционной картине?

Лабораторная работа № 4 Измерение показателя преломления вещества по углу наименьшего отклонения луча в призме

Цель работы:измерить показатель преломления стекла призмы методом наименьшего отклонения луча в призме.

Общие сведения

Скорость распространения света зависит от свойств среды, через которую проходит свет, и от длины волны распространяющегося излучения.

Показатель преломления для различных длин волн неодинаков (n=n()), и, если лучи различных цветов падают на границу раздела двух сред под одним и тем же углом, после прохождения границы раздела они пойдут под различными углами (явлениедисперсии света). Этим объясняется разложение призмой белого света на спектральные составляющие.

При прохождении сквозь трёхгранную призму (рис. 4.1) световой луч преломляется дважды: на грани ОА и на граниОВ. Угол φ между этими гранями называютпреломляющим углом призмы.Угол отклоненияδ, т. е. угол между направлениями вышедшего и падающего на призму лучами (рис. 4.1), зависит от угла падения, преломляющего угла призмы и длины волны падающего света.

Можно доказать [2], что отклонение луча призмой будет минимальным, если угол падения α на грань ОАбудет равен углу преломления γ луча на вто‑

Рис. 4.1. Ход лучей в призме

рой грани ОВпризмы. В этом случае луч внутри призмы идёт параллельно её основанию. При этомугол наименьшего отклонения равен

(4.1)

Тогда, используя закон преломления, получим

(4.2)

Следовательно, для того чтобы найти показатель преломления вещества призмы для данного луча, необходимо измерить угол наименьшего отклонения этого луча и преломляющий угол призмы.

Преломляющий угол призмы и угол наименьшего отклонения каждого луча измеряют при помощи гониометра. Для определения преломляющего угла призмы она устанавливается на столике гониометра так, чтобы преломляющее ребро её было обращено в сторону коллиматора и было по возможности параллельно оси вращения зрительной трубы (рис. 4.2).

Рис. 4.2. К определению преломляющего Рис. 4.3. К определению угла

угла призмы наименьшего отклонения

При таком положении призмы половина параллельного пучка лучей, выходящих из коллиматора, отразится от левой грани призмы, а другая половина – от правой грани.

Зрительная труба устанавливается по направлению лучей, отражённых от одной из граней призмы, таким образом, чтобы в поле зрения трубы было видно изображение щели коллиматора. Если теперь повернуть зрительную трубу на угол , то, как видно из рис. 4.2, в поле зрения трубы попадёт изображение щели коллиматора, образуемое лучами, отражёнными от другой грани призмы. Из того же рисунка ясно, что2.

Для определения угла наименьшего отклонения _minпризму надо поставить на столик гониометра в таком положении, чтобы пучок лучей, выходящих из коллиматора, падал на одну из боковых граней призмы (рис. 4.3). Тогда в поле зрения трубы, установленной по направлению выходящих из призмы преломлённых лучей, будет виден ряд изображений щели коллиматора различных цветов. Установка призмы в положение наименьшего отклонения проходящих через неё лучей производится следующим образом.

Получив в поле зрения трубы ряд спектральных линий, надо медленно поворачивать столик с призмой, наблюдая в трубу за перемещением линий. Столик следует вращать так, чтобы спектральная линия приближалась к положению неотклонённого луча, т. е. к оси коллиматора (на рис. 4.3 – влево). При некотором положении столика с призмой одна из спектральных линий «остановится» и при дальнейшем поворачивании столика начнёт двигаться в обратном направлении. Столик следует остановить и закрепить в тот момент, когда спектральная линия изменяет направление своего движения. Это положение призмы и соответствует наименьшему отклонению лучей данного цвета. Нить трубы должна быть наведена на исследуемую линию. Если теперь снять призму со столика гониометра и установить зрительную трубу по направлению не отклонённых лучей, то угол, на который придётся повернуть трубу, и явится углом наименьшего отклонения.