Главная Случайная страница


Полезное:

Как сделать разговор полезным и приятным Как сделать объемную звезду своими руками Как сделать то, что делать не хочется? Как сделать погремушку Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами Как сделать идею коммерческой Как сделать хорошую растяжку ног? Как сделать наш разум здоровым? Как сделать, чтобы люди обманывали меньше Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили? Как сделать лучше себе и другим людям Как сделать свидание интересным?


Категории:

АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника






Порядок виконання роботи





ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА

Опис установки

Будова приладу для вимірювань інтерференційних кілець Ньютона показана на рисунку 2. Паралельний пучок світла від розташованого збоку освітлювача S, проходячи крізь світлофільтр СФ, падає на напівпрозору скляну пластинку НП, встановлену під кутом 45° до оптичної осі приладу, і, частково відбиваючись від неї, падає на систему “лінза – пластинка”. Інтерференційна картина спостерігається через окуляр ОК мікроскопа. Лінзу з пластинкою, а разом з ними і інтерференційну картину, можна переміщувати в полі зору мікроскопа за допомогою вимірювального пристрою, оздобленого лінійкою з шкалою ноніуса.

Спостереження інтерференційної картини у немонохроматичному (білому) світлі ускладнюється тим, що однакові за номерами інтерференційні кільця, які відповідають різним довжинам хвиль, мають неоднакові радіуси, а отже в полі зору різнобарвні кільця різних порядків будуть накладатися одне на одне. Для усунення цього недоліку при вимірюваннях застосовують світлофільтри, за допомогою яких виділяють випромінювання в певному спектральному інтервалі (монохроматичне світло). В даній лабораторній роботі використовується червоний світлофільтр, який пропускає світло в області λ0 ~ 700 нм.

Порядок виконання роботи

1) Ввімкнути освітлювач. Знайти в полі зору мікроскопа інтерференційну картину і при необхідності сфокусувати зображення.

2) Поворотом гвинта вимірювального пристрою встановити візирну лінію, розташовану в полі зору окуляра, в центрі інтерференційної картини. Перевірити, що лінія візиру і напрям переміщення картини взаємно перпендикулярні.

3) Встановити візирну лінію на шосте або сьоме кільце зліва від центру і записати в таблицю номер кільця і відповідний відлік по лінійці з ноніусом.

4) Поступово пересуваючи візирну лінію зліва направо, виміряти і записати в таблицю для усіх кілець відліки з лівого боку від центра.

5) Продовжуючи рухати лінію візиру в тому ж напрямку, виміряти і записати для тих самих кілець відліки з правого боку від центру.

Таблиця

Номер кільця Відліки, Хі, мм Діаметр кільця, di, мм Радіус кривизни лінзи, Rmk, м
Лівий Правий
         
       
         

 

Для зменшення похибок, що виникають через люфт у гвинті, візирну лінію завжди треба підводити до кільця з одного боку, тобто від початку до кінця вимірювань (п.п. 4, 5) її слід переміщувати в одному напрямку.

3 ОБРОБКА РЕЗУЛЬТАТІВ ВИМІРЮВАНЬ

1) За результатами вимірювань згідно п.п. 4, 5 розділу 2.2 визначити діаметри інтерференційних кілець і записати у відповідну колонку таблиці.

2) Користуючись формулою (9), обчислити 4 – 5 значень радіуса кривизни лінзи Rmk, обираючи кожного разу для розрахунку довільну пару кілець. При цьому не рекомендується включати в розрахунки діаметр першого кільця, як найбільш спотвореного, а також діаметри будь-яких суміжних кілець.

3) Оцінити точність і записати результат вимірювань. Зробити висновки.

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1) В чому полягає явище інтерференції світла і при виконанні яких умов його можна спостерігати?

2) Якими способами можна одержати когерентні світлові хвилі? Який з цих способів застосовується в даній роботі?

3) Що називається оптичною довжиною шляху та оптичною різницею ходу світлових хвиль? В яких випадках оптична та геометрична різниці ходу хвиль співпадають? Як формулюються умови максимуму та мінімуму інтерференції?

4) Як врахувати при визначенні оптичної різниці ходу можливі зміни фаз світлових хвиль при відбиванні?

5) Поясніть, як виникають кільця Ньютона? Як розрахувати радіуси інтерференційних кілець? Чому кільця Ньютона називають смугами рівної товщини?

6) Чи зміниться вид формули (9) для визначення радіуса кривизни лінзи, якщо замість діаметрів темних інтерференційних кілець взяти діаметри світлих кілець?

7) Як зміниться вигляд кілець, якщо простір між лінзою та пластинкою заповнити водою?

8) Як буде виглядати інтерференційна картина при спостереженні її у відбитому та у прохідному світлі?

9) З якою метою в даній роботі застосовується світлофільтр? Якими будуть кільця Ньютона при освітленні білим світлом?

10) Чим може бути спричинене викривлення інтерференційних кілець? Який вигляд матиме інтерференційна картина, якщо сферичну лінзу замінити циліндричною?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 27

ВИЗНАЧЕННЯ ДОВЖИНИ СВІТЛОВОЇ ХВИЛІ ЗА ДОПОМОГОЮ БІПРИЗМИ ФРЕНЕЛЯ

Прилади та приладдя:

1) оптична лава з повзунками та масштабною лінійкою;

2) біпризма;

3) освітлювач, оздоблений світлофільтром та щілинною діафрагмою;

4) вимірювальний мікроскоп;

5) збиральна лінза з фокусною відстанню 10 – 20 см.

 

Мета роботи полягає у вивченні явища інтерференції світла та застосування інтерференційних вимірювань для визначення довжини світлової хвилі.

1 ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

Підготовку до даної лабораторної роботи рекомендується починати з вивчення розділу 1.1 лаб. роботи № 26, в якому розглядаються основні відомості про інтерференцію світла та методи одержання інтерференційних картин.

1.1 Дослід Юнга

 
 

Першим дослідом, яким було доведено можливість дістати інтерференцію світлових хвиль, був дослід, здійснений Т. Юнгом на початку ХІХ ст. Яскравий пучок світла від сонця падав на діафрагму D1 з малим отвором або вузькою прямолінійною щілиною S (рисунок 1, а). При проходженні крізь отвір (щілину) світло внаслідок дифракції розходиться на деякий кут і падає на другу діафрагму D2 з двома отворами S1 та S2 (або вузькими щілинами, паралельними S), відстань між якими d ~ 0,5 мм. На цих щілинах світло також дифрагує, в результаті чого утворюються два пучки світла, що розходяться від щілин та перекриваються між собою. Внаслідок спільності походження ці пучки когерентні. Отже, щілини S1 та S2 діють як вторинні синфазні джерела, і світлові хвилі від них, перекриваючись, утворюють інтерференційну картину, яку можна спостерігати на екрані Е, розміщеному на деякій відстані L ~ 1 м від діафрагми D2. Вимірявши ширину інтерференційних смуг, Юнг у 1802 р. вперше визначив довжини світлових хвиль для різних кольорів, хоч ці вимірювання і не були точними.

Як бачимо, в досліді Юнга для одержання когерентних світлових хвиль від природного джерела реалізується метод поділу хвильового фронту.

Користуючись схемою цього досліду (рисунок 1, б), виконаємо розрахунок інтерференційної картини. Нехай точка спостереження Р розташована на відстані Y від центра О1 екрана і на відстанях r1 та r2 від щілин S1 та S2 відповідно. Для даної точки спостереження різниця ходу хвиль Знайдемо величину Δ.

Перш за все відмітимо, що інтерференційні смуги будуть спостерігатися лише на невеликій відстані від центра екрана, тобто буде справедлива умова Y << L і кут α відхилення променів від оптичної осі буде малий (α << 1). Розглядаючи далі подібні трикутники S1АS2 та ОО1Р і враховуючи, що при малих кутах α можна вважати sinα ~ tg α, дістанемо:

(1)

Якщо різниця ходу Δ відповідатиме умові максимуму інтерференції, тобто

(2, а)

де k = 0, ± 1, ± 2, …, то в точці Р спостерігається світла інтерференційна смуга.

При виконанні умови мінімуму інтерференції:

(2, б)

в точці Р спостерігається темна інтерференційна смуга. В останніх формулах λ – довжина світлової хвилі.

На основі співвідношень (1) та (2, б) легко одержати координати Yk усіх темних смуг на екрані:

(3)

Шириною інтерференційної смуги ΔY називають відстань між двома суміжними інтерференційними мінімумами або максимумами. За допомогою (3) знаходимо:

(4)

Незалежність ΔY від порядкового номера k вказує на те, що всі смуги мають однакову ширину.

Вимірявши експериментально ширину інтерференційних смуг, можна визначити довжину світлової хвилі:

(5)

1.2 Біпризма Френеля

Введення в досліді Юнга додаткового отвору (або щілини), необхідного для когерентного збудження джерел S1 та S2, різко зменшує світловий потік, що ускладнює виконання цього досліду. Збільшення ж розміру отвору (ширини щілини) неминуче веде до втрати контрастності інтерференційної картини.1)

Вказаного недоліку частково позбавлені методи одержання інтерференційних картин, запропоновані О. Френелем, за допомогою яких можна одержати аналогічні інтерференційні картини, але більш світлосильні і менш ускладнені явищами дифракції. В кожному з цих методів когерентні хвилі утворюються методом поділу хвильового фронту за допомогою подвійної призми – біпризми, подвійного дзеркала – бідзеркала або подвійної лінзи – білінзи.

Розглянемо докладніше інтерференційну картину, одержану за допомогою біпризми Френеля.

Біпризма Френеля БП (рисунок 2) складається з двох однакових скляних призм, які мають спільну основу, а також дуже малі заломлюючі кути (β ~ 30). Як правило, вона виготовляється з суцільного куска скла. Джерелом світла є яскраво освітлена вузька щілина в діафрагмі, встановлена паралельно ребру тупого кута біпризми. Внаслідок заломлення в обох половинах біпризми падаюче світло ділиться на два когерентні пучки з вершинами в уявних зображеннях S1 та S2 щілини S. В області АВ екрана пучки перекриваються і утворюють систему паралельних інтерференційних смуг.

Нехай β – заломлюючий кут кожної з призм (β << 1), n – показник заломлення скла. Відстані а і b від біпризми до щілини S та до екрана відповідно завжди набагато більші за розміри біпризми, отже світлові промені будуть падати на біпризму та екран під малими кутами до оптичної осі (параксіальні промені). При таких умовах кожна половина біпризми відхиляє промінь на кут γ = (n – 1)β (див. Додаток 1). З рисунка 2 видно також, що відстань d між уявними зображеннями S1 та S2 складає , а відстань від уявних джерел до екрана L = a + b. Отже, згідно (4), ширина інтерференційної смуги в цьому досліді

 
 

(6)

Якщо заломлюючий кут β біпризми невідомий, відстань d між уявними джерелами S1 та S2 визначають експериментально за допомогою додаткових вимірювань (див. розділ 2).

Date: 2015-05-08; view: 1097; Нарушение авторских прав; Помощь в написании работы --> СЮДА...



mydocx.ru - 2015-2024 year. (0.006 sec.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав - Пожаловаться на публикацию