МУ - ЛР №4 - Интерференция света. Бипризма Френеля (1266077)
Текст из файла
Лабораторная работа №4ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ СВЕТА. БИПРИЗМА ФРЕНЕЛЯЦель работы: Изучить интерференцию лазерного света на бипризме Френеля. Найтипреломляющий угол бипризмы по отклонению луча лазера и по интерференционнойкартине. Сравнить результаты.Описание лабораторной установкиПринадлежности. Полупроводниковый лазер, бипризма Френеля, направляющая,набор рейтеров (зажимов), короткофокусная линза, экран для наблюдения с магнитамидля крепления бумаги, линейка. Мощностью лазера 6 мВт, длина волны излучения 650 нм(650 10-9м), что соответствует красному свету. Абсолютный показатель преломлениябипризмы n = 1.5 . С помощью рейтеров лазер, бипризма, линза и экран могутустанавливаться в положениях 1-7 направляющей, Рис.
1.1243657Рис. 11. Определение преломляющего угла бипризмы по отклонению лучаБипризма Френеля состоит из двух одинаковых призм имеющих общее основаниеи малый преломляющий угол призмы b . Изготавливается бипризма из одного кускастекла.Световой луч при прохождении через стеклянную призму отклоняется от своегопервоначального направления. Рассчитаем величину этого отклонения. На Рис. 2 показанход луча, преломляющегося призмой. При таком положении призмы и направлении лучапреломляющий угол призмы b и угол падения совпадают.ββγγ'αРис. 21Если призма находится в воздухе абсолютный показатель преломления которогоможно принять за единицу, а n — абсолютный показатель преломления призмы, то уголпреломления g можно определить из закона Снеллиусаsin (b ) = n × sin (g ) .Обозначим угол падения луча на правую грань как g ¢ , тогда угол преломления aтакже можно определить из закона Снеллиусаn × sin (g ¢) = sin (a ) .Нетрудно видеть, что угол a есть угол отклонения призмой светового луча от егопервоначального направления.Восстановим нормаль в точках падения светового луча на правую и левую граньпризмы и рассмотрим треугольник, образованный этими нормалями и преломленнымлучом в призме.
Очевидна сумма его углов:g¢+g +p - b =p .Сделав предположение о малости преломляющего угла призмы b << 1 , и учитывая,что синус малого угла равен самому углу, нетрудно получить, чтоa = b (n - 1) .(1)Пусть на бипризму симметрично падают двапараллельных и разведенных на некоторое расстояниелуча. Ход лучей показан на Рис. 3 пунктирной исплошной линиями. Уменьшая расстояние междулучами до нуля, в предельном случае получаем одинлуч, попадающий в вершину бипризмы. Как видно изрисунка, в этом случае на выходе из бипризмыполучаем два расходящихся под углом 2a луча.Лабораторнаяустановкасобираетсянанаправляющей как показано на Рис.
4. Ребро бипризмыустанавливается вертикально. Область излучениялазера имеет вытянутую форму, представляя собойсветящуюся щель, которая выставляется параллельноребру бипризмы.Рис. 3xααлазер0b-xэкранбипризмаРис. 4Бипризма расщепляет луч лазера на две части, которые попадают на экраннаблюдения (Рис. 4). Если расстояние от бипризмы до экрана равно b , а расстояниемежду двумя световыми пятнами на экране наблюдения — Н = 2 x , то2x,bи учитывая, что a << 1 , получаем расчетную формулуHb=,2(n - 1)bсвязывающую измеряемые в опыте параметры с преломляющим углом бипризмы.tg (a ) =(2)Задание1. Соберите установку согласно Рис.
4. Лазер ставится в положение 1 направляющей,а экран в положение 7. Лазер центрируется так, что бы луч попадал в центр экрана.2. Бипризму необходимо поместить в положение 2 ребром к лазеру и добиться, чтобы на экране появились два ярких светящиеся пятна. С помощью магнитовзакрепить лист бумаги (миллиметровки).3. Линейкой измерьте расстояние от бипризмы до экрана и занесите в Таблица 1.Карандашом на листе бумаги отметьте положение светящихся пятен (их центров).Рядом с отметками проставьте номер опыта.4.
Переставьте экран в положение 6 направляющей (дальнее положение от лазера) иповторно выполните пункт 3.5. Переставьте экран в положение 6 направляющей (ближнее положение от лазера) иповторно выполните пункт 3.6. Если позволяют условия, то в опыте можно использовать удаленный экранрасположенный на расстоянии нескольких метров. В качестве такого экрана можетвыступить, например, стена аудитории. Тогда один из пунктов 4-5 выполняется судаленным экраном.7. Сняв бумагу, измерьте линейкой расстояние между отметками центров световыхпятен и занесите в Таблица 1.8.
По формуле (2) рассчитайте для каждого опыта преломляющий угол бипризмыФренеля. Найдите среднее значение преломляющего угла, переведете его вградусную меру.Таблица 1№123b,ммH, ммβ, радβср, радβср,град2. Определение преломляющего угла по интерференционной картинеНаправим на бипризму расходящийся пучок света. Это можно сделать, пропустивлазерный луч через собирающую линзу. После преломления в бипризме падающий пучокразделяется на два когерентных с вершинами в мнимых изображениях S1 и S2 источника S,Рис. 5.
В области AB экрана пучки перекрываются и дают систему параллельныхинтерференционных полос.Для интерференционной схемы с двумя источниками ширина интерференционнойполосы, которая определяется как расстояние между соседними максимумами, илиLминимумами, записывается как Dx = l , где l — длина волны, d — расстояние междуdисточниками, а L — расстояние от источника до экрана. Обозначив a = SO , b = OM3d. Тогда,2aимеем L = a + b . Рассматривая треугольник S1SO , получаем, что tg (a ) =a+bl . Учитывая, что преломляющий угол бипризмы b мал и связан с углом2a × tg (a )отклонения a выражением a = b (n - 1) , получаем формулу, связывающую измеряемые вопыте параметры с преломляющим углом бипризмы ФренеляDx =Dx =l (a + b ).2a × b (n - 1)(3)AS1OαMSβS2BРис.
5Лабораторная установка собирается на направляющей как показано на Рис. 6.Собирающая линза располагается по возможности ближе к лазеру, а бипризма ближе клинзе, но на расстоянии превышающем фокусное. При такой расстановке фокус линзыокажется источником расходящихся лучей света.экранлазерabлинзабипризмаРис. 64На экране будет наблюдаться интерференционнаякартина в виде системы чередующихся светлых и темныхполос, Рис. 7. Отметив карандашом на бумаге, закрепленнойна экране, правые границы светлых полос (как показано наРис. 7), можем записать, для ширины интерференционнойполосы Dx следующие соотношениеD = Dx( N - 1) ,где N — число нанесенных линий, D — расстояние междукрайними из них.ΔxDРис.
7Учитывая (3) получаем расчетную формулу для опытов с интерференционнойкартинойl ( N - 1) æ b öb=(4)ç1 + ÷2(n - 1)D è a øЗадание1. Соберите установку согласно Рис. 6. Лазер ставится в положение 1 направляющей,линза в положении 2, бипризма в положение 3, а экран в положение 7.
На экранезакрепляется лист бумаги для зарисовки. Важно выставить лазер, линзу и бипризмусоосно.2. Определите фокусное расстояние линзы3. С помощью линейки измерьте расстояние от бипризмы до экрана и от фокусалинзы до бипризмы.4. Карандашом на листе бумаги отметьте положение интерференционных полос.Рядом с отметками проставьте номер опыта.5. Переставьте экран в положение 6 направляющей (дальнее положение от лазера) иповторно выполните пункт 3-4.6.
Переставьте экран в положение 6 направляющей (ближнее положение от лазера) иповторно выполните пункт 3-4.7. Если позволяют условия, то в опыте можно использовать удаленный экранрасположенный на расстоянии нескольких метров. В качестве такого экрана можетвыступить, например, стена аудитории. Тогда один из пунктов 3-4 выполняется судаленным экраном.8. Сняв бумагу, для каждого опыта посчитайте количество нанесенных меток илинейкой измерьте расстояние между крайними из них. Результаты измеренийзанесите в Таблица 2.9.
По формуле (4) рассчитайте для каждого опыта преломляющий угол бипризмы.Рассчитайте среднее значение преломляющего угла в радианной и градусной мере.Таблица 2№456a, ммb, ммD, ммN5β, радβср, радβср,градКонтрольные вопросы1.2.3.4.5.Что такое интерференция?Какие волны называются монохромными, а какие когерентными?Что такое время и длина когерентности?Сформулируйте условие интерференционного максимума и минимума.Нарисуйте ход лучей в интерференционной схеме с двумя источниками. Выведитеформулы определяющие положение интерференционных максимумов и шириныполосы.6.
Почему на экране в первом опыте наблюдалось не два световых пятна, а четыре иболее?7. Выведете рабочие формулы (2) и (4) данной лабораторной работы.6.
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}
