Министерство образования Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В.Плеханова

(технический университет)

В.Л.Федоров, А.С.Мустафаев, В.В.Фицак

Общая физика оптика

Лабораторный практикум

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2004

УДК 535.41/42 + 535.5 (075.80)

ББК 22.34

 Ф333

В лабораторном практикуме представлены лабораторные работы по всем основным оптическим явлениям: интерференции, дифракции, дисперсии, поляризации и поглощению света. С помощью практикума студент имеет возможность предварительно ознакомиться с оптическими явлениями, требованиями к оформлению лабораторных работ и методикой выполнения лабораторного исследования.

Лабораторный практикум предназначен для студентов всех специальностей Санкт-Петербургского горного института.

В постановке лабораторных работ принимали участие доценты Ю.Л.Степанов и И.В.Макасюк. В оформлении пособия участвовала инженер И.В.Николаева.

Научный редактор доц. В.Л.Федоров

Федоров В.Л.

Ф333. Общая физика. Оптика: Лабораторный практикум / В.Л.Федоров, А.С.Мустафаев, В.В.Фицак. Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет). СПб, 2004. 55 с.

ISBN 5-94211-162-6

УДК 535.41/42 + 535.5 (075.80)

ББК 22.34

ISBN 5-94211-162-6

  Санкт-Петербургский горный институт им. Г.В.Плеханова, 2004 г.

Работа 1. Измерение длины световой волны с помощью бипризмы френеля Общие сведения

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 от разности фаз интерферирующих волн. Чтобы картина интерференции в каждой точке пространства не менялась со временем, необходимо, чтобы разность фаз была постоянной. В противном случае, в каждой точке пространства волны будут то усиливать, то ослаблять друг друга, а глаз, воспринимая усредненную картину, не обнаружит интерференционных полос. Следовательно, наблюдать интерференционную картину можно лишь в том случае, если интерферирующие волны имеют 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.

Рассмотрим интерференциюсвета от двух когерентных источниковS₁иS₂, расстояние между которыми равноd(рис.1).

Проведем перпендикулярно отрезку S₁ S₂через его середину прямуюOA. Возьмем точкуPна прямойАВ и введем обозначения: а – длина отрезка OA, х – длина отрезка АР.

Тогда по теореме Пифагора

(1)

где и– пути, которые пройдут лучи света от источниковидо точки, в которой наблюдается интерференция.

Из уравнений (1) следует

или ,

откуда

,

где – разность хода между интерферирующими лучами.

Если ималы по сравнению с, то приближенно

и

.

Если величина равна нечетному числу полуволн, то световые волны придут в точкув противофазе и погасят друг друга, соответственно интенсивность в этой точке будет минимальной. Еслиравна четному числу полуволн, то световые волны придут в точкув одинаковых фазах и усилят друг друга – интенсивность будет максимальной.

Условия минимума и максимума интенсивности имеют вид соответственно

где ;– длина волны.

В точках (k= 0;1;2, …) будут светлые участки интерференционной картины, а в точках(k= 0;1;2, …) – темные участки интерференционной картины. В результате в плоскостиАВбудут наблюдаться светлые и темные полосы.

Расстояние между центрами соседних k-й и (k+ 1)-й светлых полос

. (2)

Такое же расстояние будет и между центрами темных полос.