II. Приборы и принадлежности
Оптическая скамья.
Бипризма.
Щелевая диафрагма.
Держатель для светофильтров.
Окулярный микрометр.
Собирающая линза с фокусным расстоянием 10-15см.
Источник света (лампа 200-300Вт.).
Набор светофильтров.
III. Описание экспериментальной установки и метода измерения
Пусть S1 и S2 (рис.2) – два когерентных источника света, расстояние l, между которыми, мало по сравнению с расстоянием d0 до экрана.
В точке А экрана будет наблюдаться центральная светлая полоса (разность фаз δ = 0).
Определим разность хода ∆, с которой приходят волны в точку С экрана, отстоящую от его середины А на расстоянии x.
При условии, что l и x много меньше d0 приближенно получим:
,откуда
(3)
По условию (1) в точке С будет светлая полоса (максимум нтерференции), если Δ=к λ Тогда расстояние к-ой, светлой полосы от центральной, равное xк , запишется
xк=( d0/ l) · кλ
Положение темных полос определяется условием
xк = ( d0/ l) · (2к+1) · λ/2
Расстояние между двумя соседними светлыми или темными полосами
Δx =xк+1 - xк=( d0/ l) · (к+1) λ - ( d0/ l) · к λ =( d0/ l) · λ
Откуда λ = (l/ d0 ) · Δ x (4)
И
змерив
расстояние между полосамиΔx,
и, зная l
и
d0
, можно по формуле (4) вычислить длину
волны.
Расстояние между мнимыми источниками l можно определить используя линзу L (рис. 3), расположив её между бипризмой и окуляром. Для этого необходимо измерить расстояние между мнимыми источниками, наблюдаемыми в окуляре l', а также расстояния от источника света до линзы а, и от линзы до окуляра в (рис. 3). Тогда, по формуле увеличения линзы расстояние между мнимыми изображениями щели:
l
=
l'
(5)
Подставив (5) в (4) получим формулу для определения длины волны:
(6)
IV. Выполнение работы
1. Подготовить установку к работе. Для этого необходимо расположить бипризму на расстоянии 10-35см от щели, так чтобы её преломляющие рёбра были вертикальны. На расстоянии 30-40см от бипризмы поместить окулярный микрометр. Окно осветителя, середина щели, бипризма и окулярный микрометр должны быть установлены на одной высоте (рис.3). Сделав щель достаточно узкой, слегка повернуть её или бипризму около горизонтальной оси, добиваясь такого положения, чтобы щель была строго параллельна рёбрам бипризмы. При этой установке интерференционная картина будет наиболее отчётливой. Изменяя ширину щели и передвигая микрометр вдоль оптической скамьи, добиться того, чтобы интерференционные полосы были достаточно яркими при большом расстоянии между ними.
Внимание. Подготовка установки к работе и настройка интерференционной картины осуществляется в присутствии преподавателя или лаборанта.
2. С помощью окулярного микрометра определить величину ∆X - расстояние между двумя интерференционными полосами. Для этого необходимо измерить расстояние между двумя, достаточно удаленными друг от друга тёмными (светлыми) полосами и разделить это расстояние на число светлых (тёмных) полос, находившимися между взятыми тёмными (светлыми) полосами. Цена деления окулярного микрометра 0,15мм. Поэтому полученное расстояние умножить на 0,15мм.
3. На оптическую скамью между бипризмой и микрометром поместить собирающую линзу L, которая даёт два действительных изображения щели S. Передвигая линзу, добиться того, чтобы оба изображения щели были отчётливо видны в окулярном микрометре. В этом случае они лежат в той же плоскости, в которой наблюдалась интерференционная картина.
4. Определить расстояние l' между мнимыми источниками S1 и S2, умножив значение измеренное микрометром на его цену деления 0,15 мм.
5. Измерить расстояние do от щели S до окулярного микрометра ОК расстояние а от щели S до линзы L и расстояние в от линзы L от микрометра ОК (рис. 3).
6. По формуле (6) вычислить длину волны λ. (Точность значений λ зависит от точности измерения величин, входящих в формулу (6)).
7. Подобных независимых измерений сделать не менее 2, результаты измерений и расчётов записать в таблицу 1.
8. Определить среднюю длину волны и погрешность (как погрешность косвенных измерений).
9. Окончательный результат записать в следующей форме:
Таблица 1
|
№ измерения |
ΔX |
l' |
а |
в |
d0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
