МУ-О-67 (1003787), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Экспериментальная установкаВоздушный клин для изучения интерференции света имеет следующее устройство. Две стеклянные пластинки размером в несколько см склеены между собой. Пластинка с лицевой стороны изготовлена из прозрачного стекла, а с тыльной - из темного. В одном из углов пластинки склейка нарушилась и образовалсявоздушный клин, что схематически показано на рис. 11.Рис.
11. Воздушный клинСхема прибора в плане изображена на рис. 12. Одна из трех ламп (4) освещает через матовое стекло 3 клин 1. На клин падает рассеянный свет. Интерференционные полосы видны невооруженным глазом. Для улучшения условий наблюдения и измерений служит объектив 2, который используется в качестве лупыс увеличением в несколько раз. Для выполнения измерений на пластинке с клином имеется миллиметровая линейка, ориентированная поперек полос.15432Рис. 12. Схема установки в плане: 1 - воздушный клин; 2 –объектив; 3 –матовое стекло; 4 - лампы (натриевая, красная ибелая); 5 – устройство питания натриевой лампы14В установке имеются три лампы, различающиеся спектром и, соответственно, степенью монохроматичности и длиной когерентности (см. (15) и (17)).I120800400λ, нмаIλ1=590,00λ2=590,6800400λ, нмбРис.
13. Спектры излучения (зависимость интенсивности от длиныволны): а - ламп накаливания (1 – белая; 2 – с красным фильтром);б - натриевой спектральнойОдна из ламп – обычная лампа накаливания белого света. Для нее зависимость от длины волны интенсивности видимого глазом излучения («спектр»)схематически показана на рис. 13, а (кривая 1). Длину когерентности белой лампы примем такой же, как и для солнечного света:lког ≈ 5λ ≈ 3 мкм,(19)где λ - средняя длина волны, равная примерно 600 нанометров (1 нм = 10-9 м).Вторая лампа накаливания имеет красное стекло, пропускающее преимущественно желтый и красный свет, т. е. примерно половину видимого спектра (кривая 2 на рис. 13, а).
Следовательно, для красной лампы со средней длиной волныλ ≈ 700 нм длина когерентности примерно в два раза больше, чем для белой лампы, и составляетlког ≈ 10λ ≈ 7 мкм.(20)15Как видим, в обоих случаях степень когерентности невысокая.Для наблюдения интерференции в монохроматическом свете используетсяспециальная спектральная натриевая лампа типа ДNaС-18. В ней происходит газовый разряд в парах натрия низкого давления.
Она испускает желтый свет, состоящий из двух монохроматических волн с очень близкими длинами: 590,0 нм и590,6 нм (рис. 13, б). Разности длин волн ∆λ = 0,6 нм соответствуют степень монохроматичности λ/∆λ ≈ 1000 и длина когерентностиlког ≈ λ2/∆λ ≈ 1000λ ≈ 0,6 мм.(21)2. Выполнение работы1. Ознакомиться с установкой. Внутри корпуса находятся пластинка с клином, три лампы и блок питания натриевой лампы. На передней стенке расположены объектив, три тумблера включения ламп и общий выключатель сети с индикаторной лампой.2. Выключить все тумблеры. Вставить сетевую вилку в розетку, включитьтумблер «СЕТЬ», при этом должен загореться световой индикатор.
Включить натриевую лампу, которая разгорается в течение нескольких минут.3. Интерференционную картину рассматривайте через объектив, которыйдолжен находиться близко к глазу. Вращая оправу объектива, добейтесь резкостимиллиметровой шкалы.4. Зарисовать интерференционную картину.5. Если имеется фотокамера, попытайтесь сделать снимки для всех условийосвещения.6. Подсчитать полное число полос m.
По миллиметровой линейке на поверхности пластины с клином измерить длину L, на которой укладываются всеполосы. Результаты измерений m и L записать в табл. 1.Таблица 1Интерференция в свете натриевой лампы (λ = 590 нм)mL, мм< ∆x >, ммα, рад7. Обсудим результаты наблюдений. Интерференционная картина, фотография которой приведена на рис. 14, в целом согласуется с результатами теоретического рассмотрения. Наблюдаемые небольшие отличия (непостоянство шириныинтерференционных полос и их искривления) могли возникнуть по следующимпричинам: a) воздушный клин не идеален, он не имеет постоянного угла расходимости; b) свет падает на клин не по нормали.8. Выключить натриевую лампу. (Внимание! Лампа не должна гореть безнадобности.
Срок службы лампы мал, а стоимость и сложности приобретения велики.)9. Вычислить среднюю ширину полосы < ∆x > = L / m, результат записать втабл. 1.16Рис. 14. Интерференция на клине в свете натриевой лампы (фото)10. Оценить (найти приближенное значение) угла α по формуле (14).
Результат записать в табл. 1.11. Включить красную лампу. Зарисовать интерференционную картину.Подсчитать максимальное число наблюдаемых полос m. Вычислить длину когерентности lког и сравнить ее с длиной (20). Результаты записать в табл. 2.Таблица 2Интерференция в красном и белом светеСветmlког, мкмlког, мкм(см. (19), (20))КрасныйБелый12. Включить белую лампу. Зарисовать интерференционную картину. Объяснить радужную окраску полос. Подсчитать максимальное число наблюдаемыхполос m.
Вычислить длину когерентности lког и сравнить ее с длиной (19). Результаты записать в табл. 2.13. Сделать выводы.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ1. Что называют волной?2. Напишите и поясните уравнение гармонической волны.3. Что такое интерференция волн?4. Какие волны называют когерентными?5. При каких условиях наблюдаются максимумы и минимумы интерференции?176. Какие особенности имеют световые волны, влияющие на интерференцию?7. Как получить две когерентные световые волны?8. Что называют длиной когерентности и как она связана со степенью монохроматичности?СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1.
Литвинов О.С., Горелик В.С. Электромагнитные волны и оптика: Учебноепособие. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. - 448 с.2. Иродов И.Е. Волновые процессы. Основные законы: Учеб. пособие для вузов. - М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2001 – 256 с.3. Савельев И.В. Курс общей физики. Т. 2. М.: Наука, 1978, 480 с..
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
