МУ-О-75 (1003794)
Текст из файла
Московский государственный технический университетимени Н. Э. БауманаФакультет «Фундаментальные науки»Кафедра «Физика»Т.М. Гладышева, В.О. Гладышев, Б.Г.Скуйбин, В.Л. КауцИНТЕРФЕРОМЕТР МАЙКЕЛЬСОНАЛабораторный практикум по курсу физикиЛабораторная работа О-75Москва2015УДК681.787Гладышева Т.М., Гладышев В.О., Скуйбин Б.Г., Кауц В.Л.Интерферометр Майкельсона М.: МГТУ имени Н. Э. Баумана, 2015. 26 с.Издание содержит материалы для изучения явления интерференциисвета, принципа работы интерферометра Майкельсона с лазернымисточником.
В методических указаниях изложена методика определениядлины волны лазера и характеристик интерферометра по параметраминтерференционной картины.Данные методические указания выполнены в соответствии с ФГОСтретьего поколения.Для студентов второго курса третьего семестра и факультетов АК,БМТ, ИУ, МТ, РЛ, РК, РКТ, ПСО, ОЭП, РТ, Э, СМ, ФН МГТУ имени Н. Э.Баумана, изучающих курс физики.Гладышева Татьяна МихайловнаГладышев Владимир ОлеговичСкуйбин Борис ГеоргиевичКауц Владимир ЛеонидовичИНТЕРФЕРОМЕТР МАЙКЕЛЬСОНА.©2015 МГТУ имени Н. Э.
Баумана2ОГЛАВЛЕНИЕВведение ………………………………………………4Теоретическая часть …………………………………5Экспериментальная часть ……………………………13Контрольные вопросы. ………………………………28Литература ……………………………………………2831.1.Цель преподавания дисциплины состоит в содействии формированиюследующих компетенций:• способность на научной основе организовывать свой труд, оценивать с большойстепенью самостоятельности результаты своей деятельности, владеть навыкамисамостоятельной работы;• способность к приобретению с большой степенью самостоятельности новых знанийс использованием современных образовательных и информационных технологий;•базовые методы исследовательской деятельности;что реализуется путем ознакомления студентов с основными законами физики,современными направлениями развития физической науки и возможностями ихприменения для решения современных инженерных и научных задач.Кроме того, вне зависимости от направления подготовки, в цели преподавания курсафизики входит формирование ряда профессиональных компетенций, переченькоторых, а также связь их с дисциплинарными компетенциями, приведены вприложении А.1.2.
Задачами преподавания дисциплины являются► освоение основных законов окружающего мира в их взаимосвязи;► освоение фундаментальных принципов и методов решения научно-техническихзадач;► фоpмиpование навыков по пpименению положений фундаментальной физики кгpамотному научному анализу ситуаций, с котоpыми инженеpу пpиходитсясталкиваться пpи создании новой техники и новых технологий;► изучение основных физических теорий, позволяющих описать явления вмикро- и макромире, и пределов применимости этих теорий для решениясовременных и перспективных технологических задач;► выpаботка у студентов основ естественнонаучного миpовоззpения;► ознакомление студентов с историей развития физики и основных её откpытий.Кроме того, изучение физики содействует развитию полезных личностных качеств:ответственности, трудолюбие, желанию применять полученные знания на практике внаучно инженерной деятельности.1.3.
Изучение дисциплины предполагаетследующих дисциплин учебного плана:предварительноеосвоение1. Физика (в объеме программы средней школы.2. Математический анализ.3. Аналитическая геометрия.После освоения дисциплины студент должен приобрести следующие знания, умения и владения соответствующие компетенциямООП (Приложение А).2.1. Студент должен знать:4основные физические явления и основные законы физики, включая границы ихприменимости, применение в важнейших практических приложениях;• фундаментальные физические опыты и их роль в развитии науки; назначение ипринципы действия важнейших физических приборов.2.2.
Студент должен уметь:•применять методы физико-математического анализа к решению конкретныхестественнонаучных и технических проблем;• объяснить основные наблюдаемые природные явления и эффекты с позицийфундаментальных физических взаимодействий; указать, какие законыописывают данное явление или эффект;• работать с приборами и оборудованием современной физическойлаборатории; использовать различные методики физических измерений иобработки экспериментальных данных.2.3. Студент должен иметь навыки:••навыками правильной эксплуатации основных приборов и оборудованиясовременной физической лаборатории, в том числе методиками обработки иинтерпретирования результатов физического эксперимента;После выполнения лабораторной работы студенты смогут:-выполнятьсамостоятельноюстировкуинтерферометраМайкельсона;- определять взаимное расположение изображений источника иэкрана по виду интерференционной картины;- самостоятельно проводить эксперименты с использованиеминтерферометра Майкельсона;- -проводить точные измерения малых смещений и наклонов зеркалаинтерферометра.5ВВЕДЕНИЕИнтерференция – одно из ярких проявлений волновой природысвета, наблюдаемое при определенных условиях в виде чередующихсясветлыхитемныхполос,априиспользованиибелогосветаинтерференционные полосы оказываются окрашенными в различные цветаспектра.Исаак Ньютон в 1675 году первым наблюдал интерференционнуюкартину, возникающую при отражении света в тонкой воздушнойпрослойке между плоской стеклянной пластиной и плосковыпуклойлинзой в виде концентрических колец.Первыминтерференционнымопытом(1802г.),получившимобъяснение на основе волновой теории света, явился опыт Карла ГуставаЮнга с двумя близко расположенными щелями.
Юнг был первым, ктопонял, что нельзя наблюдать интерференцию при сложении волн от двухнезависимых источников и угадал, что для получения интерференциисвета волну от источника нужно разделить на две волны и затем наблюдатьна экране результат их сложения в виде чередующихся светлых и темныхполос. Этот принцип используется во всех интерференционных схемах,включая интерферометр Майкельсона.В данной лабораторной работе в теоретической части указанийрассмотреноявлениеинтерферометразависимостьинтерференцииМайкельсонаформыссветалазерныминтерференционнойипринциписточником.картиныотработыПоказанавзаимногорасположения изображений источника и плоскости ее наблюдения.Вэкспериментальнойчастиуказанийпредложенаметодикаопределения длины волны лазера, величины разности плеч и ее изменениядля интерферометра и углового положения зеркала интерферометра попараметрам интерференционной картины.6ИНТЕРФЕРОМЕТР МАЙКЕЛЬСОНАЛабораторная работа О-75Цель лабораторной работы:Изучениеволновыхсвойствсветанапримереявленияинтерференции в интерферометре Майкельсона.
Определение длиныволнысвета,интерферометраиспускаемоголазером.МайкельсонапоОпределениепараметровхарактернымразмераминтерференционной картины.ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬИнтерферометр МайкельсонаИнтерферометр - оптический прибор, принцип действия которогооснован на разделении пучка света на два или несколько когерентныхпучков, разность фаз которых постоянна во времени и проходящихразличные оптические пути до момента, когда их снова сводят вместе. Вобластях пространства, где когерентные пучки перекрывают друг друга,суммарная световая картина не является равномерной, а происходитвзаимное усиление или ослабление света, т.е. явление интерференциисвета.
Однако закон сохранения энергии при этом не нарушается, а толькопроисходит перераспределение энергии электромагнитных колебаний.Еслиисточникомсветовыхволнявляетсялазер,тотакоеперераспределение устойчиво во времени, и в плоскостях локализацииможно наблюдать стабильную интерференционную картину в виде темныхи светлых полос или колец.Интерферометринтерферометр,измененийМайкельсонапредназначенныйпоказателя(рис.1)дляпреломления-измерениясреды.Вэтодвухлучевойрасстоянийтакомилиустройстве7интерферируют два когерентных пучка, один из которых являетсяопорным, а другой - измерительным.
В лазерном интерферометреМайкельсона, где в качестве источника используется лазер, происходитсравнение изменения оптического пути для измерительного пучка сдлиной волны лазера (в видимой области - доли мкм). Этим определяетсявысокая точность измерений.
Оптические пути в различных средахотличаются от своих геометрических длин, что позволяет оцениватьпоказателипреломленияэтихсредотносительновакуумавинтерферометре, помещая разные среды на пути двух световых пучков. Винтерферометре Майкельсона световой пучок от источника расщепляетсяна два с помощью светоделительной пластины, разность оптического ходасоздаетсяспомощьюдвухзеркал(рис.1).Последовательнымперемещением одного из зеркал по изменению интерференционнойкартины можно находить длину волны падающего излучения лазера.4y312917Рис.1. Интерферометр Майкельсона без источника: 1.
Светоделитель. 2.Зеркало с поступательным перемещением. 3. Зеркало с малымугловым движением.4. Микрометрический винт зеркала 2.8Интерференция светаРассмотрим условия, при которых возникает интерференция двухсветовых волн. Для монохроматических волн условие когерентностиравносильно равенству частот этих волн ω1=ω2=ω. Предположим, чтоволны являются когерентными, одинаково линейно-поляризованными, аначальные фазы равны нулю. Пусть в некоторую точку экрана приходятдве плоские гармонические электромагнитные волны, напряженностиэлектрических полей которых в этой точке изменяются по законам: = cos( − ), = cos( − ),где A1 и A2 амплитуды волн, k=2π/λ – волновое число, а l1 и l2 –длины оптических путей складываемых волн.Всоответствииспринципомсуперпозициирезультирующаянапряженность определяется векторной суммой напряженностей исходныхволн = + .Результирующуюамплитудунайдемспомощьювекторнойдиаграммы (рис.2), применив теорему косинусов для амплитуд: = + + 2 ,(1)где ∆φ=φ2–φ1= − − ( − )= − – разность фазинтерферирующих волн.y9Рис.2 Векторная диаграмма.
Вектора и суммарныйвектор вращаются с одинаковой угловой скоростью вокругточки О в плоскости xOy. φ1 иφ2 – фазы интерферирующихволн, φ – фаза результирующей волны.Приемники света не позволяют измерять мгновенное значениенапряженности электрического поля , т.к. время разрешения самыхбыстродействующих приемников на несколько порядков превышаетпериод колебаний световых волн (~ 10-15с). Все приемники световых волнреагируют на усредненную по времени разрешения квадратичную по полю величину, которую называют интенсивностью света I.
Так какинтенсивность световых волн пропорциональна квадрату амплитуды I~A2,то результирующая интенсивность определяется формулой = + + 2 .Интерференционныйчлен(2)2 вформуле(2)определяет усиление волн: = + + 2 при = 2, m=0, 1, 2,…или ослабление: = + − 2 при = (2 + 1), m=0, 1, 2,…интенсивности в точке экрана, где сходятся пучки.Условиеинтерференционныхмаксимумовиминимумовинтенсивности для разности оптических путей с учетом ∆φ = k∆иk=2π/λ:при = ,m=0,1,2,…максимуминтенсивности(светлое пятно),10при = + /,m=0, 1, 2,… минимум интенсивности(темное пятно).Из условий для минимумов и максимумов интенсивностиследует, что для двух точечных источников одной длины волны, вокругнихвпространствебудетвозникатьинтерференция,приэтомфиксированному значению числа будет соответствовать темный илисветлый двухполостный гиперболоид вращения – поверхность равных фаз = , в фокусах которого находятся два изображения источника(рис.3).Рис.3 Двухполостный гиперболоид вращения – поверхность равныхфаз: = .
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
