Определение длины световой волны с помощь бипризмы Френеля и щелей Юнга (Лабораторная работа № 6)

Калининградский государственный университет

Кафедра общей физики

Лаборатория оптики

Лабораторная   работа   № 6

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ СВЕТОВОЙ ВОЛНЫ С ПОМОЩЬЮ

БИПРИЗМЫ ФРЕНЕЛЯ  И ЩЕЛЕЙ ЮНГА

КАЛИНИНГРАД

Лабораторная  работа  № 6

Определение длины световой волны с помощь

бипризмы  Френеля и щелей Юнга

Для экспериментального обнаружения явлений интерференции при сложении двух колебаний необходимо, чтобы они первоначально происходили от одного и того же источника. Два центра излучения, происходящих от одного и того же первоначального источника, испускающих поэтому колебания с постоянной разностью фаз, называются когерентными.

Энергия колебаний в интерференционном поле двух близких точечных когерентных источника одинаковой амплитуды пропорциональна

 , где d₁ и d₂ - соответственные расстояния точек поля от источников;

l  - длина волны;

a  - амплитуда колебаний;

j   - начальная разность фаз.

Если начальная разность фаз  j  = 0, то условие максимума и минимума интенсивности в данной точке поля удовлетворяется при

                          (максимум) ,

                                                              (минимум) , где   K - любое число. Пользуясь этим соотношением и зная расстояние между источниками  l  , легко получить зависимость между  длиной волны   l   и расстоянием между интерференционными полосами на экране, помещенном параллельно линии, соединяющей источники.

Действительно, пусть S₁ и S₂ (рис.1) – два когерентных источника света, расстояние между которыми мало по сравнению с расстоянием   d  до экрана. Если на таком расстоянии поставить экран, то на нем будут наблюдаться интерференционные полосы. В точке  А  будет находиться центральная светлая полоса (разность фаз  равна 0).

Расстояние  К-той  светлой полосы (рис.1) от центральной, равное  x_k , определится из условия

 .

Если   x_k и   l  малы по сравнению с  d  . Положение темных полос определяется условием

 .

Рис. 1 .

Легко видеть, что расстояние между двумя соседними светлыми или темными полосами есть

 .

Откуда      (расчетная формула для определения  l).

Экспериментальная установка.

Экспериментальная установка собрана на оптической скамье.

По ходу луча на скамье расположены осветитель (1), ползушка с горизонтальной щелью (2), ползушка с обоймой (3), на которой укреплены бипризма и щели Юнга, и ползушка с окулярным микрометром (4).

На передней части трубы окулярного микрометра установлена обойма (5) с красным и зеленым светофильтрами. Для определения расстояния между щелями Юнга или изображениями щели (2) при работе с бипризмой, используется линза (6), которая устанавливается (при необходимости) между окулярным микрометром и бипризмой (или щелями Юнга).

Рис. 2 .

Все основные элементы установки (щель 2, бипризма, щели Юнга, линза, отсчетная шкала оптического микрометра) установлены таким образом, что расстояние между двумя любыми элементами оказывается равным разности координат, определяемыми с помощью индексов по масштабной линейке скамьи.

Ширина щели регулируется с помощью винта, расположенного  справа на диске с раздвижной щелью (2).

Параллельность ребра бипризмы (щелей Юнга) и щели 2 достигается вращением винта 7 на диске с бипризмой (щелями Юнга).

Упражнение  1

Определение длины световой волны с помощью бипризмы

Бипризма представляет собой две призмы с малыми преломляющими углами (порядка 30^¢), сложенные основаниями (рис.3).

Падающий от света пучок света после преломления в бипризме разделится на два перекрывающихся пучка, как бы исходящих из двух мнимых изображений щели S₁ и S₂. Так как источники S₁ и S₂  когерентны, то в пространстве за бипризмой  будет наблюдаться интерференционная картина, локализованная во всей области пересечения пучков.

Рис. 3 .

Измерения.  Свет, выходящий из осветителя, направляется конденсором в виде сходящегося пучка на щель, которая играет роль линейного  источника света. На некотором расстоянии от щели в районе координат 60-70 см помещается на оптической скамье ползушка, несущая обойму с бипризмой и щелями Юнга. Горизонтальным перемещением этой обоймы на пути лучей устанавливают бипризму. Затем, горизонтальным перемещением обоймы со светофильтрами  вводят в пучок света красный светофильтр.

Для получения четкой интерференционной картины необходимо, чтобы:

1) окно осветителя, щель, бипризма и окулярный микрометр были установлены на одной высоте;

2) щель достаточно узкой, а ребро бипризмы было строго параллельно щели.

Для вычисления l  по расчетной формуле нужно определить величины