Министерство образования Российской Федерации

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

(технический университет)

Кафедра общей и технической физики

ОПТИКА

Лабораторные работы

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2002

УДК 535.41/.42+535.5

ОПТИКА: Методические указания по лабораторному практикуму

/ Санкт-Петербургский горный институт.

Сост.: доц-ты. Федоров В.Л, А.С. Мустафаев, Ю.Л.Степанов, И.В.Мокасюк.

       инж. Николаева И.В. СПб, 2002,    с.

Настоящие методические указания предназначены для студентов всех специальностей дневного и заочного отделений СПГГИ (ТУ). Указания дают возможность студентам выполнить лабораторные работы, поставленные кафедрой общей и технической физики Санкт-Петербургского государственного горного института.

Научный редактор: доц. Федоров В.Л.

Редактор: инж. Николаева И.В.

© Санкт-Петербургский государственный горный

институт им. Г.В.Плеханова, (технический университет)

2002 г.

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 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 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.

Теоретические аспекты

Рассмотрим интерференцию света от двух когерентных источников S₁ и S₂, расстояние между которыми равно d (рис.1).

Проведем перпендикулярно отрезку S₁ S₂ через его середину прямую OA. Возьмем точку P на прямой АВ, параллельной S₁ S₂ и обозначим OA через а, а АР - через х.

Тогда по теореме Пифагора:

, (1)

где и- пути, которые пройдут лучи света от источниковидо точки, в которой наблюдается интерференция. Из уравнений (1) следует

, или (2)

откуда: , (3)

где - разность хода между интерферирующими лучами.

Если ималы по сравнению с, то приближенно

и

. (4)

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

Условие минимума и, соответственно, максимума интенсивности будет:

, (5)

где ;- длина волны.

В точках

(6)

будут светлые участки интерференционной картины, а в точках

–(7)

– темные участки интерференционной картины. В результате в плоскости АВ будут наблюдаться светлые и темные полосы.

Расстояние между центрами соседних-й и-й светлых полос составит

. (8)

Такое же расстояние будет и между центрами темных полос