Сургутский государственный университет
Кафедра физики
Лабораторная работа № 4
Изучение явления интерференции света с помощью бипризмы Френеля
Сургут 1996г.
Лабораторная работа № 4
Изучение явления интерференции света с помощью бипризмы Френеля
Цель работы: |
Изучение явления интерференции света. Определение длины волны света, ширины зоны интерференции, числа полос в зоне интерференции . |
В в е д е н и е
Интерференционную картину, возникающую при прохождении света от источника О через бипризму Френеля, можно рассматривать как результат наложения когерентных волн от мнимых источников света О1 и О2 , расстояние между которыми d (см. “Интерференция света”, рис. 4б). На рис. 1 приведена упрощенная схема хода лучей в тонкой бипризме.
БП
О1
О
H
О2
Э
L1
L2
L
Рис.
1
Согласно (7) из раздела “Интерференция света”
Dх = (l / d) L. ( 1 )
Из уравнения (1) следует, что зависимость Dх от L линейная, с увеличением расстояния между экранами Э1 и Э2 ширина полос увеличивается. Перепишем выражение (1) в виде Dх = АL, где А= l / d, и тогда
l = Аd. ( 2 )
Из геометрических соображений, рис. 1, справедлива пропорция d/L1 = H/L2 , откуда Н = (d / L1 ) L2 , или Н = ВL2 , где В = (d / L1), а
d = ВL1. ( 3 )
Коэффициенты А и В постоянны, если положение бипризмы и экрана Э1 фиксированы, т.е. величины L1 и d постоянны. Данную работу предлагается выполнить как раз при таких экспериментальных условиях, когда L1 (а значит, и d) фиксировано, но могут меняться L2 и L.
Число полос в интерференционной зоне N0 находится по формуле
N0 = H/Dx. ( 4 )
Экспериментальная часть
Рабочая схема установки
Лабораторная установка собрана на прямолинейной оптической скамье лабораторного оптического комплекса ЛОК-1М (смотрите описание), рабочая схема представлена на рис. 2.
Д5 Д8
Д6 Д3 Д4
Л1
Л2
Э1БП
L1
L2
Э2 ФР
Э3
L
Рис.
2
Входная линза Л1 (Д5), формирует точечный источник в отверстии экрана Э1 . Бипризма (экран № 11) вставляется в держатель с кассетой для экранов (Д8). Интерференционная картина возникает на экране Э2 , находящемся в объектной плоскости лупы Л2 (Д3). Лупа Л2 с увеличением b проецирует интерференционную картину на экране Э3 фоторегистратора ФР (Д4) в увеличенном виде. Регулируя винты держателя Д8, а также изменяя расстояния между держателями, можно добиться образования наиболее четкой интерференционной картины.
Для измерения ширины интерференционных полос Dх необходимо на экране Э3 ФР отсчитать некоторое число светлых полос ( N),
отметить координаты середин двух крайних темных полос, найти разность этих координат, S (пояснение на рис. 3). Значение Dх с учетом увеличения лупы b находится по формуле:
Dх = S / ( N b ). ( 5 )
Для измерения ширины интерференционной зоны Н необходимо интерференционную картину спроецировать на экран Э2 или Э3 . Ширина интерференционной зоны зависит от d, L1 , L2 , и при определенном сочетании этих параметров интерференционная зона может быть настолько малой, что полностью спроецируется на экран Э3 ФР. В этом случае Н измеряют по экрану ФР (Д4), учитывая увеличение лупы b.
D
x
S
Рис.
3
Для экспериментального определения расстояния между мнимыми источниками d на оптическую скамью между бипризмой Д8 и экраном Э2 (Д3) помещается объектив (Д6). Перемещая его по оптической скамье, можно найти увеличенное изображение мнимых источников, расстояние между которыми d1 , и уменьшенное, расстояние между которыми d2 . Согласно геометрической оптике - значение d определяется по формуле
, или с учетом увеличения лупы b:
/b. ( 6 )
В частном случае, если d1 = d2 = d, на экране Э3 возникает лишь одно изображение источников О1 и О2 .