2. Порядок выполнения работы

2.1. Описание экспериментальной установки

Схема установки с бипризмой Френеля показана на рис.2. Свет от ртутно-кварцевой лампы 1 через отверстие в кожухе попадает на щель 2, которая, по сути, и является щелевым источником излучения S , по­казанным на рис.1. Щель направляет свет на бипризму 3, которая раз­деляет его на две когерентные волны. Интерференционная картина полу­чается при наложении этих волн и её можно видеть в фокальной плоскос­ти окулярного микрометра 7.

Перед окулярным микрометром расположен держатель сменных светофиль­тров 6, необходимых для выделения одной длины волны, для которой ис­следуется интерференционная картина и определяется ширина интерферен­ционной полосы с помощью окулярного микрометра.

Дроссель 4 является элементом цепи питания ртутно-кварцевой лам­пы. Все оптические и электрические детали установки жёстко закреплены на оптической скамье. Оптические детали тщательно отъюстированы, то есть центры источника излучения (щели), бипризмы и окулярного микро­метра с высокой точностью расположены на одной оптической оси.

Установка накрыта кожухом для защиты от внешнего освещения, мешаю­щего измерениям на окулярном микрометре.

Параметры установки:

- расстояние от щели до бипризмы А = (155 ±2) мм;

- расстояние от бипризмы до фокальной плоскости окулярного микроме­тра B = (635 ±3) мм;

- показатель преломления бипризмы n = 1,5;

- преломляющий угол бипризмы = 27´.

Примечание: для выполнения измерений следует получить светофильтр, тип которого указывает преподаватель. Он же задаёт количество измерений (рекомендуется не менее 10) и полос (рекомендуется не более 6).

2.2. Методика выполнения измерений

2.2.1. Подсоединить установку к сети ~220 В и тумблером 5 (см. рис.2) включить ртутно-кварцевую лампу. Выждать 10 минут до полного разгорания лампы. Установить светофильтр перед окулярным микрометром.

2.2.2.Адаптировать глаз к наблюдению в окуляр микрометра. При ярком внешнем освещении накрыться чёрной шторой, имеющейся на кожухе уста­новки.

В окуляре должна быть видна интерференционная картина, представляющая собой чередующиеся вертикальные параллельные светлые и тёмные линии (окрас­ка светлых линий зависит от типа светофильтра).

Окуляр позволяет также видеть изображение внутренней шкалы микромет­ра и двух скрещенных тонких линий (двойная риска), перемещающихся при повороте отсчётного барабана.

Внимание! Правила пользования отсчётными шкалами окулярного микро­метра даны в Приложении на л. 9, которое необходимо изучить перед выполнением последующих операций.

2.2.3. Выполнить измерения координат Х₀ и Х_N, устанавливая сначала пе­рекрестие нитей в центре одной из тёмных линий в левой части наблюдаемого поля (координата X₀, линия № 0). Затем, плавно вращая отсчётный барабан микрометра, переместить перек­рестие нитей вправо так, чтобы перекрестие передвинулось на N интерференционных полос и было бы установлено в центре соответствующей тёмной линии в правой части наблюдаемого поля c учётом заданного количества линий (координата Х_N ).

Измерения повторить 10 раз, начиная отсчёты с одной и той же тёмной линии слева. Результаты занести в таблицу.

Таблица

Колич. измер., n	Колич. полос, N	Координата Х0, мм	Координата ХN, мм	Тип светофильтра

Таблицу для расчётных данных студент готовит самостоятельно.

2.2.4. Выключить тумблер 5 и отключить установку от сети. Снять светофильтр и указать его цвет в протоколе измерений. Записать в протокол табличное значение длин волн для данного светофильтра (таблица на установ-ке).

2.3. Обработка результатов

2.3.1. Вычислить средние значения координат <Х₀> , <Х_N> по формулам:

;

2.3.2. Вычислить среднее значение ширины N полос по формуле:

‹Х› = ‹Х_N› - ‹Х₀›

2.3.2. Вычислить среднее значение ширины одной интерференционной полосы по формуле (4).

2.3.3. Вычислить по формуле (5) среднюю длину волны, при которой были проведены измерения, при этом учесть, что единица измерения плоского угла в системе СИ размерности не имеет.

2.3.4. Найти погрешности результатов прямых измерений ΔХ₀ и ΔХ_N, учитывая только случайную ошибку. Значение доверительной вероятности принять равным Р = 0,95.

2.3.5. Найти погрешности результатов косвенных измерений для величин ‹x› и ‹λ›.

Погрешности и определяются методом вычисления модуля полного дифференциала соответствующих функций, заданных формулами (4) и (5). При этом для получаем:

Выражение для получается после дифференцирования (4) по координатам Х₀ и Х_N. При этом деление на число интерференционных полос N здесь отсутствует, т.к. погрешности измерений координат Х₀ и Х_N не зависят от того, сколько полос используется для расчёта среднего значения.

Погрешность определяется формулой:

,

где , так как согласно схемам на рис. 1 и 2.

2.3.6. Результат представить в виде:

x = <x> ± Δ‹x›; λ = <λ> ± Δ‹λ›

При расчёте погрешностей руководствуйтесь методическими указаниями №100.