МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Санкт-Петербургский горный университет»

Кафедра общей и технической физики

общая физика

Лабораторная работа №1

ИЗМЕРЕНИЕ ДЛИНЫ СВЕТОВОЙ ВОЛНЫ С ПОМОЩЬЮ БИПРИЗМЫ ФРЕНЕЛЯ

Методические указания к лабораторной работе

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2023

Работа 1. ИЗМЕРЕНИЕ ДЛИНЫ СВЕТОВОЙ ВОЛНЫ С ПОМОЩЬЮ БИПРИЗМЫ ФРЕНЕЛЯ
Теоретические сведения
Свет представляет собой электромагнитные волны. Как и всякие волны, световые волны могут интерферировать. Интерференцией света называется сложение световых пучков, ведущее к образованию светлых и темных полос, которые можно наблюдать визуально.

Если две световые волны придут в одну точку пространства в одинаковой фазе, они будут усиливать друг друга. В этой точке образуется светлый участок интерференционной картины. В тех же точках пространства, в которые волны приходят в противоположных фазах, они будут ослаблять друг друга и там будет темный участок.

Таким образом, результат интерференции зависит от разности фаз интерферирующих волн. Чтобы картина интерференции в каждой точке пространства не менялась со временем, необходимо, чтобы разность фаз оставалась постоянной. В противном случае, в каждой точке пространства волны будут то усиливать, то ослаблять друг друга, а глаз, воспринимая усредненную картину, не обнаружит интерференцию. Следовательно, наблюдать интерференционную картину можно лишь в том случае, если интерферирующие волны имеют одинаковую частоту и постоянную разность фаз.

Источники света и испускаемые ими лучи, удовлетворяющие указанным требованиям, называются когерентными. Только когерентные источники света дают стабильную во времени интерференционную картину.

---

Рассмотрим интерференцию света от двух когерентных источников S₁ и S₂, расстояние между которыми равно d (рис.1).

Проведем перпендикулярно отрезку S₁ S₂ через его середину прямую OA. Возьмем точку P на прямой АВ и введем обозначения: а – длина отрезка OA, х – длина отрезка АР.

Тогда по теореме Пифагора

(1)

где и – пути, которые пройдут лучи света от источников и до точки , в которой наблюдается интерференция.

Из уравнений (1) следует

или ,

откуда

,

где – оптическая разность хода между интерферирующими лучами.

Если и малы по сравнению с , то приближенно



и

.

Если величина равна нечетному числу полуволн, то световые волны придут в точку в противофазе и погасят друг друга, соответственно интенсивность в этой точке будет минимальной. Если равна четному числу полуволн, то световые волны придут в точку в одинаковых фазах и усилят друг друга – интенсивность будет максимальной.

Условия минимума и максимума интенсивности имеют вид соответственно

---

где ; – длина волны.

В точках (k = 0; 1; 2, …) будут наблюдаться светлые участки интерференционной картины, а в точках (k = 0; 1; 2, …) – темные. В результате в плоскости АВ будут наблюдаться светлые и темные полосы.

Расстояние между центрами соседних k-й и (k + 1)-й светлых полос, т.е. ширина интерференционной полосы

. (2)

Такое же расстояние будет и между центрами темных полос.
Описание экспериментальной установки
Бипризма Френеля (рис.2) состоит из двух остроугольных призм, сложенных основаниями. Обычно обе призмы изготовляются из одного куска стекла и имеют очень малые преломляющие углы В и С. В сечении бипризма Френеля представляет собой равнобедренный треугольник с углом А при вершине, близким к 180.


С вет от источника S (например, от узкой освещенной щели, перпендикулярной плоскости чертежа) падает на бипризму и преломляется в ней. В заштрихованной области за бипризмой преломленные пучки складываются, т.е. интерферируют, и образующуюся интерференционную картину, состоящую из светлых и темных полос можно наблюдать с помощью микроскопа. Все происходит так, будто интерферирующие пучки света исходят из точек и . В этих точках находятся мнимые источники, образованные действительным источником света  . Эти два мнимых источника являются когерентными.


И змерив, расстояние между мнимыми источниками света и

---

, расстояние, а от мнимых источников света до плоскости наблюдения, а также расстояние между соседними полосами b, по формуле (2) можно вычислить длину волны , испускаемую источником света.

Схема рабочей установки (рис.3) включает источник света 1, щель 2, светофильтр 3, бипризму Френеля 4 и измерительный микроскоп 5. Щель и бипризма закреплены вместе на специальном рейтере. Для измерения расстояния между мнимыми источниками света d и расстояния от мнимых источников света до фокальной плоскости микроскопа а, на оптическую скамью между бипризмой и микроскопом устанавливают линзу L. В процессе измерения ширины интерференционной полосы линза не используется и удаляется с оптической скамьи.

Расстояние между светлыми полосами интерференции определяется измерительным микроскопом. Он укреплен в рейтере и может передвигаться микрометрическим винтом в направлении, перпендикулярном оптической оси.

Для точного измерения расстояний имеются вертикальные визирные штрихи, которые можно наблюдать в окуляре микроскопа одновременно с полосами интерференции. Окуляр должен быть сфокусирован по глазу наблюдателя так, чтобы штрихи были видны четко. Перемещая микроскоп с помощью микрометрического винта перпендикулярно оптической оси установки, определяют положение микроскопа по шкале. Цена деления основной шкалы - 1 мм, а шкалы барабана микрометрического винта - 0,01 мм.
Порядок выполнения работы
1. Включить источник света, переведя тумблер на блоке питания в положение «Вкл». В поле зрения микроскопа должны быть видны темные и светлые интерференционные полосы.

2. Навести микроскоп так, чтобы визирный штрих окуляра совместился с серединой крайней из отчетливо видимых справа светлых полос и записать отсчет по шкале и барабану микрометрического винта.

3. Передвинуть микроскоп до середины левой крайней светлой полосы, сосчитать число полос между ними (рис.4) и записать отсчет. Вычислить ширину одной полосы b как разность между двумя отсчетами, деленную на число полос.


4 . Повторить пп.2 и 3 четыре-пять раз и вычислить среднее значение b.

Следует иметь в виду, что микрометрический винт может иметь некоторый люфт и при вращении его по часовой стрелке и против нее отсчеты могут не совпадать. Поэтому подводить штрих

---

к середине интерференционной полосы нужно всегда с одной стороны.

5. Результаты измерений записать в табл.1.

Таблица 1

Номер измерения	Отсчет слева, мм	Отсчет справа, мм	Разность отсчетов, мм	Число полос	b, мм
1
…
5
					bср =

6. Для определения расстояния a между плоскостью расположения мнимых источников и фокальной плоскостью микроскопа установить на рельсе линзу (на рис.3 линза обозначена пунктиром).

7. Так как расстояние между щелью и микроскопом более чем в 4 раза превышает фокусное расстояние линзы, то существует два таких ее положения, при которых в окуляр микроскопа будут отчетливо видны изображения двух мнимых источников света в виде двух ярких полосок. Расстояния между этими изображениями для обоих положений линзы измерить так же, как и расстояние между интерференционными полосами. Кроме того, измерить и записать положения z₁ и z₂ линзы с помощью шкалы, расположенной на рельсе установки.

Для положения линзы, когда изображения мнимых источников увеличены, справедливо соотношение

, (3)

где – расстояние между изображениями мнимых источников, измеренное с помощью микроскопа. – расстояние от места расположения мнимых источников до линзы;

---

Смотрите также файлы

• Название предприятия ооо Можем. Предприятие зарегистрировано 31 мая 2022 года, занимается выполнением строительных работ (оквэд 43. 11). Общество состоит на учете в ифнс по Ленинскому району г. Перми (код 5902). Страховой тариф 1,2%.docx

• Группа н43л студент Калинин Владимир Алексеевич.docx

• Пн Апараттыкоммуникациялы технологиялар Мектеп 61 жоббм кмм.docx

• План урока 15. Предмет Труд Урок 1 Школа кгу сош 40.docx

• Подростков в каникулярное время. Принять участие в организации культурнодосуговой деятельности детей и.pdf