Інтерференційна картина, що утворюється при накладенні двох пучків світла, що пройшли через біпрізме, спостерігається за допомогою окулярного мікрометра (рисунок 3).
Він складається з мікрометричного гвинта 1 та окуляра 2, в поле зору якого є нерухоме скло з поділами (в міліметрах) і покажчик 3 у вигляді подвійного штриха і перехрестя 4 (рисунок 3б).
Малюнок 3 Окулярний мікрометр: а - загальний вигляд,
б - поле зору; 1 - мікрометричний гвинт;
2 - окуляр; 3 - подвійний штрих; 4 - перехрестя
Подвійний штрих і перехрестя одночасно переміщаються за допомогою мікрометричного гвинта.
Горизонтальна лінія на барабані гвинта служить індексом, за яким починається відлік по круговій шкалі, ціна ділення якої 0,01 мм.
Що виходять за допомогою біпрізми Френеля інтерференційна картина являє собою ряд паралельних вертикальних смуг - світлих і темних.
Координати інтерференційних смуг визначаються за показаннями нерухомою шкали в поле зору окуляра (в міліметрах) і показаннями кругової шкали мікрометричного гвинта (десяті і соті частки міліметра).
Приклад: 1-й спосіб. Перехрестя навести на одну з інтерференційних смуг (темну). Подвійний штрих при цьому виявився між поділами 2 і 3 (мм). Отже, ціле число міліметрів одно 2. При цьому горизонтальна лінія кругової шкали мікрометра збігається з поділом 98. Таким чином, частки міліметра становлять 0,98 мм. Повний відлік буде дорівнює 2,98 мм - це координата цієї лінії.
Перекласти перехрестя на найближчу темну смугу. Координата її, наприклад, 3,45 мм. Тоді відстань між двома темними смугами дорівнює різниці їх координат: (3,45 - 2,98) = 0,47 мм - це ширина світлої смуги, укладеної між двома темними. Для більшої точності потрібно взяти інтервал між трьома або п'ятьма смугами, а потім розділити різницю координат на число смуг, укладених усередині цього інтервалу.
2-й спосіб заснований на сталості початкової координати для всіх дослідів, рівної цілому поділу шкали (наприклад, 2,00). Це дозволяє тримати в полі зору темну смугу інтерференції, обрану в якості початкової, на яку наведена риска під цифрою шкали. Поворотом мікрометричного гвинта навести подвійний штрих і перехрестя на іншу темну смугу і визначити її координату за шкалою плюс показання барабана. Наприклад, Хк = 2,00. а Хk + m = 3,65 (m = 3). Тоді відстань між інтерференційними смугами:
3 Порядок виконання роботи
і вимоги до оформлення результатів
3.1 При підготовці до лабораторної роботи необхідно вивчити і законспектувати тему «Інтерференція світла» по одному з підручників, зазначених в бібліографічному списку:
-для інженерних спеціальностей C.315 - 324/1 /, С. 420 - 426/2 /, С.93 - 110/4 /;
-для неінженерних спеціальностей С. 457 - 463/3 /.
Зовнішній вигляд установки показаний на малюнку 4.
Малюнок 4 Лабораторна установка: 1 - освітлювач
з конденсорною лінзою; 2 -раздвіжная щілину; 3 - світлофільтри; 4 - біпрізме; 5 - окулярний мікрометр
3.2 Включити лампу освітлювача 1 (рисунок 4). Домогтися максимально яскравого і рівномірного освітлення повністю відкритою щілини.
3.3 Присунувши біпрізме 4 і окулярний мікрометр 5, безпосередньо до щілини 2. відцентрувати їх по висоті. Потім окулярний мікрометр відсунути на кінець лави, а біпрізме - на відстань 10 ... 15 см від щілини.
3.4 Зменшуючи ширину щілини, і злегка повертаючи за важіль оправу біпрізми для того, щоб щілину і ребро біпрізми були паралельні, отримати в поле зору окулярного мікрометра виразну интерференционную картину.
3.5 Ввести один зі світлофільтрів - червоний.
3.6 За допомогою окулярного мікрометра визначити координату будь темної смуги Xk за методикою, описаною вище. Потім мікрометричним гвинтом пересунути перехрестя на сусідню темну смугу і визначити її координату Xk + 1. Виміряні величини занести в таблицю 1.
Таблиця 1 Результати вимірювань і обчислень
Позначення фізичних величин
Примітка: закреслені клітини не заповнювати
3.7 Виміряти відстань між будь-якими темними смугами по різниці координат # 916; X = # 9474; Xk + 1 - Xk # 9474 ;. Для більшої точності слід визначити відстань між декількома смугами m. а потім розділити отриманий результат на число смуг m:
Вимірювання провести три рази для різних пар інтерференційних смуг. Знайти середнє значення.
3.8 Виміряти відстань b від щілини до біпрізми і відстань L від щілини до окулярного мікрометра.
3.9 Не змінюючи положення щілини і біпрізми, замінити світлофільтр на зелений і повторити п. 5 - п.7. Знайти середнє значення.
3.10 Розрахувати відстань між уявними джерелами d1 і d2 за формулами:
де # 955; 1 - довжина хвилі світла, що пропускається червоним світлофільтром, мм; # 955; 2 - зеленим, мм.
Знайти середнє значення
3.10 Підставити значення в формулу (11) і визначити середнє значення заломлюючого кута призми (в радіанах):
де n = 1,5 - показник заломлення скла біпрізми.
Остаточний результат висловити в хвилинах (1 '= 2,91 · 10 -4 рад).
3.11 Розрахувати відносні = і = і абсолютні Dd і Db похибки вимірювань за правилами математичної статистики, з огляду на інструментальні похибки DL = Db = 1,0 мм. D (DX) = 0,01 мм. Dl = 20 нм. за формулами:
3.12 Записати остаточні результати в довірчих інтервалах d = (d ± Dd) мм, b = (b ± D b) /.
3.13 Зробити висновки (у висновках відобразити переваги интерференционного методу для вимірювання малих довжин і малих кутів, що становлять частки кутового градуса).
4 Контрольні питання
4.1 У чому полягає явище інтерференції світла? Які хвилі називаються когерентними?
4.2 Що називається оптичною довжиною шляху світлової хвилі, оптичною різницею ходу?
4.3 Виведіть формули D = kl і D = (2k + 1) для різниці ходу при утворенні максимуму і мінімуму інтенсивності світла.
4.4 Як змінюється інтерференційна картина при заміні світлофільтру?
4.5 Що являє собою біпрізме Френеля? Намалюйте хід променів в біпрізме.
4.6 Чи буде спостерігатися інтерференційна картина, якщо одну половину біпрізми закрити червоним, а іншу синім світлофільтрами?
4.7 Виведіть формули похибок для Dd і Db. знаючи формули, за якими обчислюються d і b?
4.11 Де в природних умовах можна спостерігати інтерференцію світла?
4.12 Які застосування має інтерференція в науці і техніці?
Лабораторна робота №4