Способы получения когерентных источников света.
Цель работы.
Цель работы – расчёт интерференционной картины на экране от двух когерентных источников света.
Схема экспериментальной установки.
Рисунок 1. Схема экспериментальной установки
B – бипризма
S- щель
Ок – винтовой окулярный микрометр
I – осветитель
l – расстояние между мнимыми источниками S1 и S2
L – собирательная линза
Используемые формулы.
Формула 1
λ -длина волны
d 0 – расстояние между когерентными источниками и экраном
l – расстояние между источниками
∆ y – ширина полосы(расстояние между осями соседних максимумов или минимумов).
Формула 2
переписанная формула 1, если принять, что 
.
Порядок выполнения работы.
Бипризма B помещается на расстоянии 60-70 см от щели S так, чтобы рёбра преломляющих углов были параллельны щели, т.е. вертикальны. На расстоянии 20-30 см от бипризмы помещается винтовой окулярный микрометр Ок. Середина щели, бипризма и окулярный микрометр должны быть установлены на одной высоте. Сделав щель достаточно узкой, слегка поворачивают её или бипризму около горизонтальной оси, добываясь такого положения, чтобы щель была строго параллельна ребру бипризмы. При этой установке наблюдаемая в окуляр-микрометре интерференционная картина будет наиболее отчётливой. Отчётливость картины далее можно улучшить путём подбора ширины щели и положения винтового окуляр-микрометра Ок на скамье.
Между осветителем I и щелью S помещён стеклянный светофильтр, позволяющий выделить определённую область спектра.
|
|
|
С помощью винтового окуляр-микрометра определяют расстояние ∆ y между осями соседних интерференционных полос. Для этого необходимо измерить расстояния между двумя достаточно удалёнными тёмными/светлыми полосами и разделить его на число светлых/тёмных полос, находящихся между ними. Чтобы избежать ошибок, обусловленных возможным люфтом винтового окуляр-микрометра, измерения необходимо проводить следующим образом:
· выбрать начальную тёмную/светлую полосу
· сдвинуть перекрестье окуляра микрометра от начальной полосы в сторону, противоположную направлению движения от начальной полосы к конечной
· вращением головки винта выполнить перемещение перекрестья окуляра от начальной полосы к конечной строго в одном направлении.
Значения N1 и N2 занести в таблицу 1. “По инерции” перекрестье сдвигается в сторону в направлении движения, а затем процедура повторяется в обратном направлении движения перекрестья окуляра (т.е. вначале определяется N2, а затем – N1). В итоге измерения проводятся пять раз.
Далее определяют расстояние l между мнимыми источниками S1 и S2. Для этой цели на оптическую скамью между бипризмой и винтовым окуляр-микрометром помещают собирательную линзу L. Она образует два действительных изображения щели S (два изображения, поскольку между линзой L и щелью S находится бипризма B) в плоскости нитей винтового окуляр-микрометра. Это достигается путём передвижения линзы до тех пор, пока оба изображения щели станут отчётливо видны через винтовой окуляр-микрометр одновременно с его нитями.
|
|
|
При передвижении линзы все части установки остаются неподвижными в том же положении, в котором проводятся измерения интерференционной картины. В этом случае изображения щели останутся в той же плоскости, в которой наблюдалась интерференционная картина. С помощью винтового окуляр-микрометра измеряют расстояние l’ между изображениями щели. Процедура измерений та же самая, что и в предыдущем случае при определении ширины полосы ∆y. Результаты измерений заносят в таблицу 2.
По формуле увеличения линзы находят искомое расстояние между мнимыми изображениями щели . Тогда перепишем формулу 1:
Измеряют расстояние a от щели S до линзы L, расстояние b от линзы до плоскости нитей винтового окуляр-микрометра и расстояние d 0 от щели S до плоскости нитей Ок, пользуясь шкалой оптической скамьи. Для определения значений b и d 0 измеряют расстояние до указателя, установленного на держателе Ок и прибавляют 40 мм (расстояние от указателя до плоскости нитей винтового окуляр-микрометра). По формуле 2 находят значение λ.
|
|
|
Таблицы.
Таблица 1.
| № измерений | Отсчёты по винтовому окуляр-микрометру, мм | Число интерференционных полос n | ||
| Начальный отсчёт N1 | Конечный отсчёт N2 | 
| ||
| 1. | ||||
| 2. | ||||
| 3. | ||||
| 4. | ||||
| 5. | ||||
| Среднее значение | ||||
| № измерений | Отсчёты по винтовому окуляр-микрометру, мм | ||
| Начальный отсчёт M1 | Конечный отсчёт M2 | 
| |
| 1. | |||
| 2. | |||
| 3. | |||
| 4. | |||
| Среднее значение | |||
Ответы на контрольные вопросы.
Способы получения когерентных источников света.
Когерентные источники света – это источники, которые имеют постоянную во времени разность фаз, согласованное протекание нескольких колебательных или волновых процессов, степень которых различна.
Имеется много способов получения когерентных источников света, но суть их одинакова. С помощью разделения пучка на две части получают два мнимых источника света, дающих когерентные волны.
|
|
|
Интерференция света – сложение двух или нескольких световых волн с одинаковыми периодами, сходящихся в одной точке, в результате которого наблюдается увеличение или уменьшение амплитуда результирующей волны. Для получения устойчивой интерференционной картины необходимо, чтобы складываемые волны были когерентны. Когерентными называют волны с одинаковой частотой (периодом) и постоянной во времени разностью фаз. Чтобы получить когерентные волны необходимо световую волну от одного источника разделить на две или несколько волн. После прохождения различных путей эти волны, имея некоторую разность хода, интерферируют.
Приёмы разделения волны:
· С помощью бипризмы Френеля:
Волна, идущая от источника света, раздваивается из-за преломления света в двух половинах бипризмы. Получаемы волны 1 и 2 как бы исходят от двух мнимых источников S1 и S2 и являются когерентными, поэтому в заштрихованной области наблюдается интерференция.
· Опыт Юнга:
Свет, проходящий через узкое отверстие S, падает на экран с двумя отверстиями S1 и S2 и делится на две когерентных волны, поэтому в заштрихованной области наблюдается интерференция, а на экране – интерференционная картина.
2. Вывод выражения для расстояния l между мнимыми изображения источника в случае бипризмы.
Бипризма Френеля представляет собой изготовленные из одного куска стекла две симметричные призмы, имеющие общее основание и малый преломляющий угол G≈1°. На расстоянии L1 от бипризмы располагается источник света S. Можно показать, что в этом случае, если преломляющий угол призмы мал и лучи падают на призму под небольшими углами, все лучи отклоняются призмой почти на одинаковый угол ϕ, равный
где n – показатель преломления стекла, из которого изготовлена призма, α – преломляющий угол каждой половинки бипризмы. При этом мнимые изображения S1 и S2 точечного источника света S лежат с ним в одной плоскости. В результате образуются две когерентные волны, исходящие из мнимых источников S1 и S2. Расстояние d между мнимыми источниками равно:
где L1 – расстояние между источником S и бипризмой. При этом, sin ϕ≈ϕ (так как угол ϕ достаточно мал), тогда:
Дата добавления: 2021-03-18; просмотров: 254; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!