vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

1. ИЗМЕРЕНИЕ ДЛИНЫ СВЕТОВОЙ ВОЛНЫ С ПОМОЩЬЮ БИПРИЗМЫ ФРЕНЕЛЯ.

Введение. Свет представляет собой электромагнитные волны. Как и всякие волны, световые волны могут интерферировать. Интерференцией света называется сложение световых пучков, ведущее к образованию светлых и темных полос, которые можно наблюдать визуально.

Если две световые волны придут в одну точку пространства в одинаковой фазе, они будут усиливать друг друга. В этой точке образуется светлый участок интерференционной картины. В тех же точках пространства, в которые волны приходят в противоположных фазах, они будут ослаблять друг друга и там будет темный участок.

Таким образом, результат интерференции зависит

волны имеют строго одинаковую частоту и постоянную разность фаз.

Источники света и испускаемые ими лучи, удовлетворяющие указанным требованиям, называются когерентными. Только когерентные источники света дают стабильные во времени интерференционные полосы.

где - разность хода между интерферирующими лучами. Если x и d малы по сравнению с a , то приближенно

S2 P S1P 2a

1

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Если величина равна нечетному числу полуволн, то световые волны придут в точку P в противофазе и погасят друг друга, интенсивность в этой точке будет минимальной. Если же равна четному числу полуволн, то световые волны придут в точку P в одинаковых

фазах и усилят друг друга – интенсивность будет максимальной.

Условие минимума и, соответственно, максимума интенсивности будет:

Такое же расстояние будет и между центрами темных полос

падает на бипризму и преломляется в ней. В заштрихованной области за бипризмой преломленные пучки складываются т.е. интерферируют и образующуюся интерференционную картину, состоящую из светлых и темных полос, можно наблюдать с помощью микроскопа. Все происходит так, будто интерферирующие пучки света исходят из точек S1 и S2 . В этих точках находятся мнимые источники, образованные действительным

источником света S . Эти два мнимых источника являются когерентными.

2

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Измерив расстояния d (между мнимыми источниками света S1 и S2 ), расстояние a

от источников света до плоскости наблюдения, а также b (расстояние между соседними полосами), можно по формуле (8) вычислить длину волны , испускаемую источником

света.

1

5

Рис. 3

Схема рабочей установки (рис.3) включает осветитель 1, щель 2, светофильтр 3, бипризму Френеля 4 и измерительный микроскоп 5.

Щель и бипризма укреплены на одном рейтере. Бипризма вставлена в специальную подставку. Линзу L устанавливают на оптическую скамью только для измерения величины расстояния между мнимыми источниками света d и величины расстояния от мнимых

источников света до фокальной плоскости микроскопа а. При измерении расстояния между интерференционными полосами линзу не используют и ее снимают с оптической скамьи.

Расстояние между светлыми полосами интерференции определяется измерительным микроскопом 5. Он укреплен в рейтере и может передвигаться микрометрическим винтом в направлении, перпендикулярном оптической оси.

Для точного измерения расстояний имеются вертикальные визирные штрихи, которые можно наблюдать в окуляре микроскопа одновременно с измеряемым объектом. Окуляр должен быть сфокусирован по глазу наблюдателя так, чтобы штрихи были видны четко. Перемещая микроскоп с помощью микрометрического винта перпендикулярно оптической оси установки, определяют положения микроскопа по шкале (цена одного деления 1 мм) и более точно по барабану микрометрического винта (цена одного деления барабана 0,01 мм.).

Для определения расстояния между мнимыми источниками света d, как уже

говорилось ранее, и расстояния от мнимых источников света до фокальной плоскости микроскопа a, используется специальная линза, которую устанавливают между бипризмой и

микроскопом, и положение которой регулируется, как это будет разобрано далее. Линза используется только для определения расстояния между мнимыми источниками и расстояния от источников до фокальной плоскости микроскопа. При измерении расстояния между интерференционными полосами линза не используется.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.

3

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

по шкале и барабану микрометрического винта. Затем передвигаем микроскоп до середины другой крайней полосы, считаем число полос между ними (см. рис.4) и снова записываем отсчет. Разность между двумя отсчетами, деленная на число полос, дает ширину одной полосы. Эту операцию повторяем 4-5 раз и из полученных значений берем среднее. Следует

иметь в виду, что микрометрический винт может иметь некоторый люфт и при вращении его по часовой стрелке и против нее отсчеты могут не совпадать. Поэтому подводить штрих к середине интерференционной полосы нужно всегда с одной стороны. Результаты измерений записываем в таблицу 1.

Для определения расстояния a между плоскостью расположения мнимых источников и фокальной плоскостью микроскопа устанавливаем линзу L (на рис.3, линза обозначена

пунктиром). Так как расстояние между щелью и микроскопом более чем в 4 раза превышает фокусное расстояние линзы, то существует два таких ее положения, при которых в окуляр будут отчетливо видны изображения двух мнимых источников света (выглядят как две яркие полоски). Расстояния между этими изображениями для обоих положений линзы измеряются так же, как и расстояние между интерференционными полосами. Одновременно с измерениями расстояний между изображениями мнимых источников необходимо измерить и записать положения линзы с помощью шкалы, расположенной на рельсе установки.

Для первого положения линзы, когда изображения мнимых источников увеличены,

где C1 - расстояние между изображениями мнимых источников, измеренное с помощью микроскопа; f1 - расстояние от места положения мнимых источников до линзы; f 2 - расстояние между линзой и фокальной плоскостью микроскопа, (расстояния f1 и f 2 не

измеряются так как они не будут входить в рабочую формулу по определению длины волны).

Таблица 1

bср

Аналогично проводятся измерения для второго положения линзы, при котором изображения мнимых источников уменьшены,

C2 f1

Из формул (10) и (11) следует, что расстояние между мнимыми источниками будет

равно

(этот параметр необходимо определить и привести в отчете работы).

Как было уже указано ранее, для определения расстояния a (от мнимых источников

до фокальной плоскости микроскопа), измеряем, по шкале имеющейся на рельсе установки, смещение линзы р при перемещении линзы из одного положения z1 , при котором в

микроскопе резко видны изображения щелей, в другое такое же положение z2 . Тогда

4

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

расстояний C1 и C2 между изображениями мнимых источников в двух положениях линзы,

необходимо также измерить смещение линзы L при переходе из одного положения в другое,

т.е. величину p z1 z2 .

Заметим еще раз, что, найдя два положение линзы на рельсе, при котором в микроскопе четко видны изображения мнимых источников (две яркие четкие полоски), проводятся как измерения расстояния между этими изображениями, так и определяется положение линзы на рельсе установки. Результаты измерений записываются в табл.2

Таблица 2

В отчете приводятся результаты измерения расстояния между мнимыми источниками d, расстояния от мнимых источников до фокальной плоскости микроскопа а, ширина

интерференционной полосы b и величина измеренной длины волны .

Определяем установленным порядком погрешность измерений и с учетом ее приводим конечные результаты.

5