Опис експериментальної установки та вивід робочої формули
Можна показати, що ширина інтерференційної смуги від двох точкових когерентних джерел дорівнює
(1)
Під час виконання цієї лабораторної роботи вимірюється ширина a певної кількості k інтерференційних смуг за допомогою окулярного мікрометра. Тоді ширину смуги у цьому випадку можна визначити за формулою
(2)
Віддаль між уявними джерелами світла d безпосередньо виміряти не можна. Для її знаходження між біпризмою і площиною екрана (площиною окулярного мікрометра) розміщується збиральна лінза. Її положення підбирається таким чином, щоб в окулярному мікрометрі було видно зображення уявних джерел (у вигляді двох чітких світлих ліній). Вимірюється віддаль c між зображеннями джерел. Згідно формули лінійного збільшення лінзи отримаємо
. (3)
де S – віддаль від лінзи до предмета (щілини); 
– віддаль від лінзи до зображення (площини окулярного мікрометра). З формул (1), (2) та (3) знаходимо вираз для довжини світлової хвилі
. (4)
Установка, для визначення довжини хвилі схематично зображена на рис.3. На цьому рисунку: 1 – оптична лава; 2 – джерело світла; 3 – щілина; 4 – біпризма Френеля; 5 – окулярний мікрометр; б – додатковий рейтер для установки лінзи.
Хід роботи
1. Ввімкнути живлення джерела світла. Регулюючи його положення, добитися, щоб промінь потрапляв на щілину.
|
|
|
2. Регулюючи ширину щілини і положення окулярного мікрометра, добитися чіткої інтерференційної картини.
3. Відрахувати якомога більше число k інтерференційних смуг. Користуючись окулярним мікрометром, визначити координати а1 та а2 крайніх смуг. Дослід для визначення а1 та а2 повторити кілька разів.
4. Закріпити на оптичній лаві між біпризмою і окулярним мікрометром збиральну лінзу.
5. Відрегулювати положення лінзи так, щоб чітко було видно зображення обох джерел. У цьому положенні виміряти віддаль між лінзою і щілиною S і лінзою та площиною окулярного мікрометра .
6. Заміряти координати зображень джерел c1 та c2.
7. Зміщуючи лінзу, знову виконати пункти 5 та 6, вимірюючи кілька разів значення величин S, 
, c1, c2.
8. Виміряти за допомогою лінійки віддаль L між щілиною і площиною окулярного мікрометра.
Таблиця вимірювань
| №п/п | а1 | а2 | а | S |
| c1 | c2 | c |
| СІ | ||||||||
| 1 2 3 4 5 | ||||||||
| Сер |
Обробка результатів вимірювань
1. Для кожного виміру визначити 
, 
Знайти середні значення величин а, с, S, .
|
|
|
2. За формулою (4) знайти довжину хвилі світла λ.
3. Обчислити відносну та абсолютну похибки експерименту за формулами (5) і записати кінцевий результат.
, 
(5)
Контрольні запитання
Які хвилі називаються когерентними?
1. Які є способи отримання когерентних світлових пучків?
2. Що таке інтерференція?
3. Записати і пояснити умови максимуму і мінімуму інтерференції світла.
4. Який вигляд має інтерференційна картина від двох точкових когерентних джерел на плоскому екрані? Записати і пояснити умови максимуму і мінімуму для цього випадку.
5. Нарисувати хід променів у призмі. У якому випадку призма створює уявне зображення точкового, джерела світла і де воно знаходиться?
6. Як у даній роботі знаходиться віддаль між уявними джерелами світла?
7. Вивести робочу формулу.
Лабораторна робота № 5.2
Визначення радіуса кривизни лінзи за допомогою кілець Ньютона
Мета роботи: дослідити інтерференцію світла на сферичному клині і визначити радіус кривизни лінзи.
Теоретичні відомості
(теорію до даної роботи див. також у конспекті лекцій, §§6.2-6.4)
Одним із найцікавіших випадків інтерференції світла є так звані кільця Ньютона. Якщо на плоску скляну пластинку Е (рис. 1) покласти опуклим боком плоско-опуклу лінзу L з дуже великим радіусом кривизни R (кілька метрів), то, при освітленні монохроматичним (одноколірним) світлом, починаючи від місця стикання лінзи зі скляною пластинкою, спостерігається декілька концентричних темних і світлих кілець або, при освітлені білим світлом, райдужних кілець. Ці кільця дістали назву кілець Ньютона. Кільця Ньютона утворюють геометричні місця точок, в яких різниця ходу когерентних світлових променів стала внаслідок сталої товщини середовища (тому їх називають смугами однакової товщини). Зазначене явище є результатом інтерференції когерентних променів на дуже тонкому повітряному прошарку, товщина якого d поступово збільшується від місця дотику. Цей прошарок утворюється між кривою поверхнею лінзи і плоскою поверхнею пластинки. Кільця Ньютона можна спостерігати як у відбитому, так і в прохідному світлі. У першому випадку у центрі кілець буде темна пляма, а в другому – світла. Кільця у відбитому світлі видно краще, ніж в прохідному.
|
|
|
На рис.1 зображено утворення двох когерентних променів 
та 
з одного променя 1. Оскільки, між лінзою L і пластинкою Е знаходиться повітря ( 
) і пучок світла падає нормально до пластинки та практично до нижньої поверхні лінзи (кривизна лінзи мала), то оптична різниця ходу Δ світлових променів та у цьому випадку буде дорівнювати
|
|
|
,
де d – товщина повітряного прошарку в певному місці. Доданок 
в останній формулі виникає тому, що під час відбивання хвилі від межі середовища з більшим показником заломлення її фаза змінюється на π.
Як відомо, умови мінімумів та максимумів інтерференції когерентних променів математично виражаються так:
, 
,
де т – ціле число, котре в цьому випадку визначає порядковий номер кільця.
Згідно трьох останніх формул умова виникнення темних кілець матиме вигляд:
. (1)
Величина d може бути виражена за теоремою Піфагора через радіус кривизни лінзи R і радіус темного інтерференційного кільця 
. З рис. 1 знаходимо, що
.
Якщо d мале порівняно з R,то
. (2)
З рівнянь (1) та (2) слідує, що
. (3)
З формули (3) видно, що залежність 
від номера кільця т лінійна, тобто може бути представлена у вигляді
, (4)
де α – коефіцієнт пропорційності, що має розмірність площі. З формул (3) і (4) визначимо радіус кривизни лінзи:
. (5)
Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 732; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!