Описание экспериментальной установки

Бипризма Френеля (рис.2) состоит из двух остроугольных призм, сложенных основаниями. Обычно обе призмы изготовляются из одного куска стекла и имеют очень малые преломляющие углыВиС. В сечении бипризма Френеля представляет собой равнобедренный треугольник с угломА при вершине, близким к 180.

Свет от источника S(например, отузкой освещенной щели, перпендикулярной плоскости чертежа) 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 точеки. В этих точках находятся мнимые источники, образованные действительным источником света. Эти два мнимых источника являются когерентными.

Измерив расстояние между мнимыми источниками светаи, расстояниеаот мнимых источников света до плоскости наблюдения, а также расстояние между соседними полосамиb, можно по формуле (2) вычислить длину волны, испускаемую источником света.

Схема рабочей установки (рис.3) включает источник света 1, щель 2, светофильтр 3, бипризму Френеля 4 и измерительный микроскоп 5. Щель и бипризма укреплены на одном рейтере. Бипризма вставлена в специальную подставку. ЛинзуLустанавливают на оптическую скамью только для измерения расстояния между мнимыми источниками светаdи расстояния от мнимых источников света до фокальной плоскости микроскопаа. При измерении расстояния между интерференционными полосами линзу не используют и снимают с оптической скамьи.

Расстояние между светлыми полосами интерференции определяется измерительным микроскопом. 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 полосами интерференции. Окуляр должен быть сфокусирован по глазу наблюдателя так, чтобы штрихи были видны четко. Перемещая микроскоп с помощью микрометрического винта перпендикулярно оптической оси установки, определяют положение 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 микроскопаa, используется специальная линза, которую устанавливают между бипризмой и микроскопом.

Порядок выполнения работы

1. Включить источник света, переведя тумблер на блоке питания в положение «Вкл». В поле зрения микроскопа должны быть видны темные и светлые интерференционные полосы.

2. Навести микроскоп так, чтобы визирный штрих окуляра совместился с серединой крайней из отчетливо видимых справа светлых полос и записать отсчет по шкале и барабану микрометрического винта.

3. Передвинуть микроскоп до середины левой крайней светлой полосы, сосчитать число полос между ними (рис.4) и записать отсчет. Вычислить ширину одной полосыbкак разность между двумя отсчетами, деленную на число полос.

4. Повторить пп.2 и 3 четыре-пять раз и вычислить среднее значение b.

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.

5. Результаты измерений записать в табл.1.

Таблица 1

Номер измерения	Отсчет слева, мм	Отсчет справа, мм	Разность отсчетов, мм	Число полос		b, мм
1
…
5
						bср=

6. Для определения расстояния aмежду плоскостью расположения мнимых источников и фокальной плоскостью микроскопа установить линзуна рельсе установки (на рис.3 линза обозначена пунктиром).

7. 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 микроскопа будут отчетливо видны изображения двух мнимых источников света в виде двух ярких полосок. Расстояния между этими изображениями для обоих положений линзы измерить так же, как и расстояние между интерференционными полосами. Кроме того, измерить и записать положения z₁иz₂линзы с помощью шкалы, расположенной на рельсе установки.

Для положения линзы, когда изображения мнимых источников увеличены, справедливо соотношение

, (3)

где – расстояние между изображениями мнимых источников, измеренное с помощью микроскопа;– расстояние от места расположения мнимых источников до линзы;– расстояние между линзой и фокальной плоскостью микроскопа (расстоянияине измеряются, так как они не входят в рабочую формулу для определения длины волны).

8. Аналогично провести измерения для второго положения линзы, при котором изображения мнимых источников уменьшены:

. (4)

Из формул (3) и (4) следует, что расстояние между мнимыми источниками

(этот параметр необходимо определить и внести в отчет о работе).

9. Для определения расстояния а(от мнимых источников до фокальной плоскости микроскопа) измерить по шкале, находящейся на рельсе установки, смещение линзырпри перемещении линзы из одного положенияz₁, при котором в микроскопе четко видны изображения щелей, в другое такое же положениеz₂.

Легко видеть, что

(5)

Исключив из равенств (3)-(5) и, получим

.

Таким образом, для определения величины адостаточно, кроме измерения расстоянийС₁иС₂между изображениями мнимых источников в двух положениях линзы, измерить также смещение линзы при переходе из одного положения в другое, т.е..

10. Повторить настройку положения линзы пять раз, провести необходимые измерения и записать результаты измерений в табл.2.

Таблица 2

№ п/п	z1, мм		Отсчет положения изображений мнимых источников		С1, мм	z2, мм	Отсчет положения изображений мнимых источников		С2, мм	р, мм
			левого	правого			левого	правого
1
…
5
Среднее

11. Вычислить длину волны по соотношению вытекающему из формулы (2) и используя результаты определенияb,dиa:

.

12. Определить погрешность измерений и расчетов.

Напомним, что все расстояния измеряются в миллиметрах, соответственно длина волны также будет получена в миллиметрах.

В отчете следует привести результаты измерения расстояния между мнимыми источниками d, расстояния от мнимых источников до фокальной плоскости микроскопаа, ширины интерференционной полосыb и расчет длины волны.