Схема установки и порядок выполнения работы

Экспериментальная установка (рис. 2) состоит из оптической скамьи, на которой расположены: осветитель Ф, регулируемая щель S, бипризма Френеля Б, линза L и окулярный микрометр О.

Рис. 2. Схема экспериментальной установки

На противоположных концах оптической скамьи установлены источник белого света и микроскоп с окулярным микрометром. Микроскоп можно перемещать в горизонтальном направлении.

1. Установите почти вплотную к источнику света диафрагму со щелью. Бипризму поместите на расстоянии порядка 25 см от микроскопа. Включите источник и, перемещая бипризму, а также микроскоп по горизонтали получите в поле зрения микроскопа интерференционную картину в белом свете. Перемещая микроскоп, добейтесь, чтобы ахроматическая полоса (серая) оказалась в центре поля зрения.

2. Поместите перед источником света красный светофильтр. Измерьте ширину интерференционной полосы. Ширина полосы измеряется окулярным микрометром. В поле зрения окулярного микрометра видны крест нитей, два близко расположенных друг к другу штриха (биштрих) и шкала. Цена деления шкалы равна 1 мм.

Вращая барабан окулярного микрометра, можно перемещать крест нитей и биштрих вдоль шкалы. Барабан разбит на 100 равных делений. Один полный оборот барабана соответствует перемещению центра креста и биштриха на 1 мм. Следовательно, цена деления барабана равна 0,01 мм

Для того, чтобы измерить ширину полосы поступают следующим образом. Вращая барабан, устанавливают центр креста на середину одной из темных полос. Снимают отчет  по шкале и барабану. Число целых миллиметров равно ближайшей левой к биштриху цифре. Число сотых долей миллиметра равно тому делению барабана, которое расположено напротив указателя.

Пример снятия отчета: биштрих находится между третьим и четвертым штрихами линейной шкалы в поле зрения, против указателя на барабане стоит деление 52. Отчет равен 3,52 мм (рис. 3).

 

Рис.3. Поле зрения и барабан окулярного микрометра.

Затем переводят центр креста на середину какой-либо темной полосы, расположенной правее. Подсчитывают – число полос, пройденных при этом. Снимают отчет . Для увеличения точности нужно выбрать число  как можно большим.   

3. Повторите измерения пять раз. Перед каждым измерением нужно немного смещать микроскоп по горизонтали перпендикулярно оптической скамье, чтобы отчеты проводились на новом участке шкалы. Это исключает возможную систематическую ошибку. Можно изменить и число полос .

4. Вычислите ширину полосы  по формуле:

, (5)

где =6,25 – увеличение микроскопа.

Вычислите среднее значение ширины полосы  и погрешность  по формуле для погрешностей прямых измерений. Результаты занесите в таблицу 1.

Таблица 1. Результаты эксперимента и расчета.

№ измерения	Число полос	, мм	, мм	, мм	, мм	, мм
Красный светофильтр
1
2
3
4
5
Зеленый светофильтр
1
2
3
4
5

 

5. Замените красный светофильтр зеленым. Выполните пять измерений для ширины интерференционной полосы в зеленом свете. Результаты занесите в таблицу 1.

6. Определите  расстояние  между изображениями источников (рис. 2). Для того, чтобы измерить это расстояние, снимают светофильтр и между призмой и микроскопом помещают собирающую линзу с фокусным расстоянием =110 мм. Перемещают линзу вдоль оптической скамьи так, чтобы в поле зрения микроскопа оказалось четко видным двойное изображение щели.

Установите центр креста на правый край первого изображения, снимите отчет . Переведите центр креста на правый край второго изображения и снимите отчет . Повторите измерения пять раз, отклоняя винтом линзу в горизонтальном направлении. Вычислите  по формуле:

(6)

Вычислите среднее значение  и погрешность  по формуле для погрешностей прямых измерений. Результаты занесите в таблицу 2.

7. Измерить расстояние – расстояние между линзой и плоскостью изображения источников (микроскопом), отчитывается по делениям оптической скамьи.

Таблица 2. Измерение расстояния между изображениями источников

№ измерения	, мм	, мм	, мм	, мм	, мм
1
2
3
4
5

 

8. Вычислите длины световых волн для обоих светофильтров по формуле

(7)

Вычислите погрешность  по формуле для погрешностей косвенных измерений.

Контрольные вопросы

1. Какое явление называется интерференцией?

2. Дайте определение когерентных волн?

3. Что называется оптической длиной пути и оптической разностью хода

4. Выведите условие, которому должна удовлетворять разность хода для того, чтобы в данной точке наблюдался интерференционный максимум, интерференционный минимум.

5. Почему волны, излучаемые независимыми источниками света, не являются когерентными?

6. Опишите способ получения когерентных волн с помощью бипризмы Френеля.

7. Почему при увеличении ширины щели контрастность интерференционной картины ухудшается?

8. Расскажите как измеряется ширина интерференционной полосы и расстояние между мнимыми источниками.