- •Кафедра физики волновая оптика Комплекс к-314.2
- •Кемерово 2010
- •Изучение интерференции света с помощью бипризмы Френеля
- •1.3. Экспериментальная установка и методика измерений
- •1.4. Выполнение работы
- •Исследование интерференционных колец равного наклона для определения показателя преломления стекла
- •2.3. Описание экспериментальной установки и методика проведения работы
- •2.4. Выполнение работы
- •Применение дифракции света для определения длины волны и диаметра мелких частиц
- •3.3. Описание установки и методики измерений
- •3.4. Порядок выполнения работы
- •Измерение длины волны в спектре с помощью дифракционной решетки и гониометра
- •4.3. Описание лабораторной установки и методики измерений
- •4.4. Порядок выполнения работы
- •Зонная пластинка и киноформная линза
- •5.3. Теоретическое введение
- •5.4. Описание эксперимента
- •Изучение закона Малюса
- •6.3. Описание установки
- •6.4. Теоретические положения
- •6.5. Выполнение работы
- •Волновая оптика Комплекс к-314.2
Изучение интерференции света с помощью бипризмы Френеля
1.1. Цель работы: провести экспериментальное наблюдение интерференции и определить преломляющий угол бипризмы.
1.2. Подготовка к работе: ознакомиться с описанием лабораторной работы, прочитать §§ 172, 173 в учебнике [1]* и § 27 в [2]. В результате нужно знать следующее:
а) суть явления интерференции света;
б) понятие когерентности волн и методы их получения;
в) ход лучей в бипризме Френеля.
1.3. Экспериментальная установка и методика измерений
Экспериментальная установка состоит из лазера с блоком питания, собирающей линзы с фокусным расстоянием 1,5 см, стеклянной бипризмы Френеля с показателем преломления n = 1,5 и экрана (противоположной стены). Все детали установки смонтированы на рейтерах (подставках с держателями), расположенными соосно на оптической скамье, и могут по ней легко перемещаться.
Исходным источником света служит фокальная точка линзы F, в которой фокусируется монохроматическое лазерное излучение (рис. 1.1). В результате преломления светового пучка в двойной призме образуются две когерентные сферические волны, как бы исходящие из мнимых источников и , колебания которых происходят в одной фазе. Разделенные пучки частично перекрываются, образуя область интерференции. Интерференционная картина наблюдается на экране Э в виде вертикальных полос – максимумов и минимумов.
Рис. 1.1. Оптическая схема установки:
Л – лазер; L – линза (F = 1,5 см); П – бипризма ( – ее преломляющий угол, n = 1,5); Э – экран; и – мнимые когерентные источники света; а – расстояние от фокуса линзы до бипризмы;
– расстояние от фокуса до экрана
Результат сложения световых колебаний, приходящих в точку Р экрана Э от источников и (рис. 1.2), зависит от оптической разности хода волн . Если оптическая разность хода равна целому числу длин волн
, (1.1, а)
то в точке Р наблюдается максимум интенсивности.
Если оптическая разность хода равна полуцелому числу длин волн
, (1.1, б)
то в точке Р наблюдается минимум интенсивности. Здесь m = 0, 1, 2, … – порядок (номер) интерференционного максимума или минимума; – длина световой волны.
Рис. 1.2. К расчету оптической разности хода :
d – расстояние между мнимыми источниками света и ;
b – расстояние между соседними максимумами (минимумами); точка О – центр картины
На рис. 1.2 справа показан график распределения интенсивности света в интерференционной картине. Расстояние между серединами соседних максимумов (или минимумов) называется шириной полосы b. Из подобия треугольников и следует, что
.
Так как , и при больших расстояниях (как в опыте) , то можно написать
.
Отсюда следует, что . Тогда условие максимума с номером m
,
и ширина полосы определяется как
. (1.2)
Свяжем ширину полосы с преломляющим углом бипризмы . Угол смещения луча (см. рис. 1.1), прошедшего через призму, определяется выражением [4]:
. (1.3)
В нашем эксперименте углы и малы, поэтому синусы этих углов можно заменить на сами углы (в радианах), тогда , или .
Из рис. 1.1 следует, что
.
Следовательно, . Подставляя в формулу (1.2), получим окончательное выражение для преломляющего угла бипризмы
. (1.4)
С помощью данной формулы можно определить угол бипризмы. Для этого нужно измерить расстояния и а от фокуса линзы до экрана и бипризмы соответственно и ширину b интерференционной полосы.