оптика.методичка / LAB9

Сургутский государственный университет

Кафедра физики

Лабораторная работа № 9

Изучение явления интерференции. Зеркало Ллойда

Сургут 1996г.

Лабораторная работа № 9.

Изучение явления интерференции. Зеркало Ллойда.

Цель работы:

Изучение явления интерференции света. Определение длины волны лазерного излучения.

В В Е Д Е Н И Е

Д №5 Д3 Д4

О₁ Р

О

d

Л1 Э₁ ЗЛ Д7 Л2

О₂ Э₂ ФР Э₃

Рис. 1.

Ход лучей в зеркале Ллойда представлен на рис. 1. Прямой пучок света от источника О₁ , падающий на экран Э₂ (луч О₁ Р), интерферирует с пучком, отраженным от зеркала под углом близким к 90⁰ (луч О₁ ОР). Источниками интерферирующих волн являются источник О₁ и его мнимое изображение в зеркале О₂ , разнесенные на расстояние d в плоскости экрана Э₁ . Интерференционная картина возникает на экране Э₂ и проецируется в увеличенном виде на экране Э₃ фоторегистратора.

Расстояние Dх между соседними светлыми полосами (максимумами) или темными (минимумами) задается выражение Dх = L( l / d ). При фиксированном положении зеркало Ллойда расстояние между источниками О₁ и О₂ постоянно, d = const. Обозначим l / d = А или

Dх = А L. ( 1 )

Из (1) следует, что Dх линейно зависит от L . Экспериментально построив график зависимости Dх = f ( L ) можно по графику определить А и по формуле l = А d рассчитать l.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Рабочая схема установки

Схема установки представлена на рис. 1. Входная линза Л1, вставленная в держателе (Д5), формирует точечный источник О₁ , свет от которого падает на зеркало Ллойда ЗЛ (Д7) и на экран Э₂ . Интерференционная картина возникает в объектной плоскости лупы Л2 (Д3) и проецируется на экран фоторегистратора Д4 в увеличенном виде. Для получения четкой интерференционной картины зеркало Ллойда перемещают по оптической скамье, а также меняют положение его плоскости, вращая винты держателя (Д7).

Следует отличать интерференционную картину, возникающую на зеркале Ллойда, от дифракционной, даваемой краем зеркала. Интерференционная картина - это большое число равноотстоящих полос близкой интенсивности, а дифракционная картина от края зеркала это несколько широких полос, ограниченных с одной стороны областью тени, интенсивность которых быстро уменьшается в сторону освещенной области.

Для измерения ширины интерференционных полос Dх необходимо на экране фоторегистратора Д4 отсчитать N светлых полос. Отметить координаты середин двух крайних темных полос, найти разность этих координат S (пояснение на рис. 4, лаб. работа № 4). Значение Dх с учетом увеличения лупы b находится по формуле:

Dх = S / (N b) ( 2 )

Для определения d необходимо между зеркалом Ллойда и кареткой фоторегистратора поместить объектив (Д6). Перемещая объектив по оптической скамье, можно найти такое его положение, при котором на экране фоторегистратора Э₃ получается увеличенное изображение двух источников света, О₁ и О₂ , расстояние между которыми d₁ и уменьшенное изображение с расстоянием между источниками d₂ . Следует иметь в виду, что изображение мнимого источника света О₂ представляется в виде размазанного пятна. Необходимо измерять расстояния между пятном О₁ и центром пятна О₂ . Согласно геометрической оптике значение d найдется по формуле . Если при перемещении объектива получается лишь одно изображение источников О₁ и О₂ , то в этом случае d₁ = d₂ = d. При определении d необходимо учесть коэффициент увеличения лупы b.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Упражнение 1.

Калибровка лупы.

Ознакомьтесь с описанием и принципом работы установки ЛОК-1М. Выясните функциональное назначение всех узлов и держателей. В соответствии с инструкцией данного описания произведите калибровку лупы, определите ее увеличение b.

Упражнение 2.

Настройка установки. Качественное изучение интерференционной картины.

1. Соберите установку согласно схеме, приведенной на рис. 1. Держатели установите на оптическую скамью в последовательности Д5_{(10-13) ,} Д7_{(18-20) ,} Д3,4_(55-70) . Цифрами указаны рекомендуемые расстояния в см.

2. Перемещая зеркало Ллойда по оптической скамье, а также меняя положение его плоскости винтами держателя (Д7), добейтесь возникновения четкой интерференционной картины на экране фоторегистратора ( Д4 ).

3. Пронаблюдайте, как изменяется ширина интерференционных полос Dх с изменением L. Перемещая каретку фоторегистратора Д3,4, убедитесь в том, что с увеличением L ширина полос Dх увеличивается согласно (1).

Упражнение 3.

Измерение N, S, L, Dх, d.

1. Выберите удобную для измерения и наблюдения интерференционную картину при максимально возможном L, жестко закрепите держатели (Д5) и (Д7). Пользуясь шкалой, нанесенной на оптической скамье, измерьте расстояние L, значение занесите в таблицу.

2. Отсчитайте на экране фоторегистратора N светлых полос, измерьте расстояние S между крайними минимумами. Данные N, S и L занесите в таблицу.

3. Передвигайте каретку фоторегистратора к зеркалу Ллойда и через каждые 5 см повторяйте измерения N и S. Измерения проводите до тех пор, пока интерференционные полосы будут оставаться четкими. Данные заносите в таблицу.

4. Для определения d между зеркалом Ллойда и кареткой фоторегистратора поместите объектив (Д6). Перемещая объектив по оптической скамье, найдите положения, при которых на экране Э₃ ФР получаются увеличенное и уменьшенное изображение источников О₁ и О₂ . Измерьте d₁ и d₂ на экране ФР. Учтя увеличение лупы b, рассчитайте d по формуле / b.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЯ

1. По формуле (2) вычислите значения Dх для всех значений L, данные занесите в таблицу.

2. Постройте график зависимости Dх от L. Убедитесь в его линейности.

3. По наклону прямой найдите значение коэффициента А.

4. Вычислите l, подставив в формулу l = А d значение А и d.

№	L	N	S	Dх = S / (N b)
1 2 3 . .

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Все контрольные вопросы темы “Интерференция света”.

2. Нарисовать рабочую схему установки, схему хода лучей.

3. Записать и пояснить формулы, используемые в работе.

4. Как производится калибровка лупы?

5. Как производится измерение d?

6. Как измеряется Dх?

7. Порядок выполнения работы.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ландсберг Г.С. Оптика. М.: “Наука”, 1976 г.

2. Курс общей физики. т. 3. Киев. “Днiпро”, 1994 г.

3. Савельев И.В. Курс общей физики. т. 2. М.: “Наука”, 1978 г.