Описание установки

П

Рис. 3. Принципиальная схема для наблюдения интерференции света с помощью бипризмы

ринципиальная оптическая схема установки для наблюдения интерференционной картины показана на рис.3. Здесь Л – источник света, Ф – светофильтр, пропускающий свет определенной длины волны, Щ – щель, БП – бипризма, ОМ – окулярный микрометр. Все элементы установки закрепляются в держателях и устанавливаются на оптической скамье. Щель освещается лампой накаливания и рассматривается как самостоятельный источник света. Ширина щели может изменяться с помощью двух винтов. При увеличении ширины щели увеличивается освещенность интерференционной картины, но уменьшается четкость интерференционных полос. При определенной ширине щели они совсем исчезают. Очевидно, что в этом случае источник света уже нельзя считать точечным. Монохроматический свет получают с помощью светофильтра Ф, помещенного между лампой Л и щелью Щ. Бипризма устанавливается на расстоянии 10 – 15 см от щели так, чтобы щель была строго параллельна ребру бипризмы (такая установка производится наклоном щели относительно ребра призмы с помощью бокового винта). С помощью окулярного микрометра ОМ, помещенного в область пересечения световых пучков, излучаемых мнимыми источниками света А и В (рис. 2), можно наблюдать интерференционную картину, а также измерять расстояние a между полосами интерференции и расстояние d между изображениями этих источников. Для измерения величины d надо в окулярном микрометре получить уменьшенное и увеличенное изображение источников А и В. Для этой цели на оптической скамье между бипризмой и окулярным микрометром устанавливают цилиндрическую линзу ЦЛ (рис.4). Передвигая линзу, добиваются, чтобы оба изображения были отчетливо видны в окуляре. В этом случае они лежат в той же плоскости, в которой наблюдалась интерференционная картина.

Рис. 4. Принципиальная схема для наблюдения изображения щели

Настройка установки

1. Бипризму помещают на расстоянии 10 – 15 см от щели так, чтобы ее прелом­ляющие ребра были вертикальны. На расстоянии 30 – 50 см от бипризмы помещают окулярный микрометр. Лампу накаливания, середину щели, бипризму и окулярный микрометр устанавливают на одной высоте.

2. Включают лампу и добиваются равномерного освещения щели.

3. Сделав щель достаточно узкой, слегка поворачивают ее с помощью винтов около горизонтальной оси, добиваясь такого положения, чтобы щель была строго параллельна границе раздела призм в бипризме, а лучи света, проходящие через щель, попадали на границу раздела призм и в окулярный микрометр.

Границу раздела бипризм можно хорошо видеть при боковом положении глаза относительно призм, если приложить к призме кусок белой бумаги. В темной комнате хорошо видна невооруженным глазом проекция щели на входной линзе окулярного микрометра. Если проекция щели не попадает на окулярный микрометр, то его нужно сместить в горизонтальном направлении (с помощью винта).

Методика измерений

1. Измерение расстояния a между интерференционными полосами

Вращая микрометрический винт, устанавливают нулевое деление шкалы, видимой в окуляре (это деление играет роль метки), последовательно на середину двух любых достаточно удаленных друг от друга темных (или светлых) полос. Делают отсчеты n₁ и n_k положения середины этих полос по шкале окулярного микрометра и шкале микрометрического винта. Расстояние между двумя соседними светлыми (или темными) полосами

(5)

где k – число светлых (или темных) полос, находящихся между взятыми первой и k-той полосой.

Измерения проделывают несколько раз, и результаты измерений записывают в таблицу. Цену деления шкалы окулярного микрометра можно найти, зная, что один оборот барабана окулярного микрометра соответствует перемещению окуляра по горизонтали на одно деление шкалы, т.е. на 0,5 мм.

2. Измерение расстояния d между двумя мнимыми источниками света

Для определения расстояния d получают (при помощи цилиндрической линзы) два изображения мнимых источников света А и В – уменьшенное и увеличенное. Линзу помещают между бипризмой и окуляром (рис.4). Передвигая линзу по скамье, находят два ее положения I и II, при которых в окуляре будут ясно видны изображения двух светящихся щелей равной интенсивности. Так как положение всех остальных приборов на оптической с камье (щели, бипризмы и окуляра) должно оставаться неизменным (D = const), необходимо соблюдать условие D > 4F , где F – фокусное расстояние линзы. В используемой линзе F = 20 см, следовательно, D должно быть больше 80 см. Из построения хода лучей для I и II положения линзы (рис.5) в

Рис. 5 Ход лучей в линзе

идно, что положение I линзы дает увеличенное изображение источников света, а положение II – уменьшенное).

Можно записать

(для положения I линзы)

(для положения II линзы)

где F – главное фокусное расстояние линзы, a₁ и a₂ – расстояние линзы от мнимых источников света, b₁ и b₂ – расстояния от линзы до фокальной плоскости окуляра. Вследствие обратимости лучей четкое изображение в положении II линзы получится в том случае, если расстояния a₁ =b₂, a₂ =b₁ . Из подобия треугольников ACB и ECP следует, что

, (6)

где и расстояния между изображениями источников света А и В, получаемыми с помощью линзы ЦЛ и наблюдаемыми в окуляре. Перемножая правые и левые части равенств (5), получаем

откуда (7)

Измерения и производятся с помощью окулярного микрометра несколько раз, результаты заносят в таблицу.

3. Измерение расстояния D от щели до окулярного микрометра

Величина D определяется как разность отсчетов (по шкале оптической скамьи), соответствующих положению щели и положению окуляра (измеряется один раз).