Изучение явления интерференции света с помощью бипризмы Френеля

Размещено на http://www.allbest.ru

БУ ВПО «Сургутский государственный университет ХМАО-Югры»

«Политехнический институт»

Кафедра радиоэлектроники и электроэнергетики

ОТЧЕТ

Лабораторная работа №4

Изучение явления интерференции света с помощью бипризмы Френеля

Сургут, 2020 г



Цель работы: изучение явления интерференции света. Определение длины волны света, ширины зоны интерференции и числа полос в зоне интерференции.

Рабочая схема установки

Л1 (Д5) - входная линия

Л2 (Д3) - лупа с увеличением

ФР (Д4) - фоторегистратор

БП - бипризма

Д8 - держатель с кассетой

Рабочие формулы

- ширина интерференционных полос, где ; - расстояние между серединами крайних минимумов; - количество светлых полос.

- расстояние между мнимыми источниками, где

- расстояние между мнимыми источниками при увеличенном изображении;

- расстояние между мнимыми источниками при уменьшенном изображении.

;

Ход работы

1) Настроив установку, подобрали удобную для измерения интерференционную картину. По шкале определили значения . Также измерили значения S и Н. Все величины внесли в таблицу.

№	L, м	, м	N	S, м	Н, м
1	45	37	10	5	0,8	0,025	32
2	42	34	10	5	0,6	0,025	24
3	39	31	10	4,9	0,6	0,0245	24
4	36	28	10	4,9	0,525	0,0245	21
5	33	25	10	4,8	0,49	0,024	20
6	30	22	10	4,8	0,4	0,024	16
7	27	19	10	4,7	0,3	0,0235	12

2) Вычислим:

- ширину интерференционных полос:

; ;

;;

; ;

- количество светлых полос:

; ; ;

; ;;

;

3) Между бипризмой Д8 и лупой Д3 разместили объектив Д6. Перемещая объектив по оптической скамье, определили и и вычислили значение .

м; м

4) Построим график зависимости - график №1.

Найдем коэффициент А - наклона прямой :

;

Погрешность значений

L= x;

Коэффициент a:

Коэффициент b:

b =

Квадрат среднего квадратичного отклонения:

Квадраты средних квадратичных отклонений:

Вычислить погрешности:

Найдем

5) Построим график зависимости - график №2.

;

Погрешность значений

;

;

Коэффициент a:

Коэффициент b:

b =

Квадрат среднего квадратичного отклонения:

Квадраты средних квадратичных отклонений:

Вычислить погрешности:

Сравнение:

=



Вывод

в ходе работы изучили явления интерференции света, определили длину волны света, ширину зоны интерференции и число полос в зоне интерференции. Также при наблюдении увидели, что с увеличением расстояния L ширина полос увеличивается. Сравнивая d можно сказать, что оно изменяется на 0,79. И изменяется на 8,3 .



Контрольные вопросы и задания

1.В чем заключается явление интерференции?

Интерференцией называется сложение в пространстве волн, при котором образуется постоянное во времени распределение амплитуд результирующих колебаний. При интерференции происходит пространственное перераспределение энергии волны. В одних точках наблюдается концентрация энергии (интерференционные максимумы), в других - гашение волн (интерференционные минимумы). Причиной перераспределения энергии является разность фаз колебаний в складывающихся волнах. Необходимое условие - когерентность волн. Явление интерференции является характерным признаком волновых процессов любой природы.

2.Условие максимума и минимума при интерференции. Рассмотреть и проанализировать сложение двух когерентных волн.

Условия максимума и минимума интерференции

В том случае, если оптическая разность хода будет равна целому числу длин волн в вакууме, то в данной точке наблюдается максимум интенсивности. Колебания, которые создаются двумя волнами, которые мы рассматривали в точке М, происходят в одной фазе. Условия интерференционного максимума можно записать как:

где m - целое число, начинающееся с нуля.

Когда оптическая разность хода разна нечетному числу длин полуволн, то в исследуемой точке наблюдают интерференционный минимум. В виде формулы условие интерференционного минимума записывают:



где m - целое число с нуля. Колебания в точке М наших волн происходят в противофазе. Выражение (5) есть условие интерференционного минимума.

Сложение двух когерентных волн.

Когерентными называются источники света одинаковой частоты, обеспечивающие постоянство разности фаз для волн, приходящих в данную точку пространства.

Если волны не когерентны, то в любую точку наблюдения две волны приходят со случайной разностью фаз. Таким образом, амплитуда после сложения двух волн также будет случайной величиной, которая изменяется с течением времени, и эксперимент будет показывать отсутствие интерференционной картины.

3.Способы деления волнового фронта.

1)Метод Юнга

 

Роль вторичных когерентных источников  и  играют две узкие щели, освещаемые одним источником малого углового размера, а в более поздних опытах свет пропускался через узкую щель  , равноудаленную от двух других щелей. Интерференционная картина наблюдается в области перекрытия световых пучков, исходящих из  и  .

2) Зеркала Френеля

 

Свет от источника S падает расходящимся пучком на два плоских зеркала, расположенных относительно друг друга под углом, лишь немного отличающимся от 180° (угол  мал). Световые пучки, отразившиеся от обоих зеркал, можно считать выходящими из мнимых источников S1 и S2, которые действуют как когерентные источники.

4. Расчет интерференционной картины от двух когерентных источников. Получить выражение для ширины интерференционного максимума.

Два когерентных источника можно получить, например, методом Юнга. Рассчитать интерференционную картину -- это значит предсказать, в какой точке экрана наблюдения будет максимум, а в какой минимум интенсивности (рис. 3.9).

Рис. 3.9

На рис. 3.9 приняты следующие обозначения:

S1 и S2 - когерентные источники;

d - расстояние между когерентными источниками;

L - расстояние от источников до экрана наблюдения;

Дx - разность хода, Дx = S2M - S1M;

Дy - ширина интерференционной полосы;

ym - координата темной или светлой интерференционной полосы с номером m;  где y - координата от центра картины. Учтем, что уm >> , тогда уm ? y.

Кривая с максимумами и минимумами представляет собой распределение интенсивности вдоль экрана наблюдения.

Для того чтобы рассчитать интерференционную картину, рассмотрим два подобных треугольника: .

Из найдем синус угла б: ; из найдем тангенс угла б .

Так как угол б мал, то и . Тогда координата интерференционной полосы с номером m равна

.

Для светлых полос выполняется условие максимума. С учетом (3.37) координата светлой полосы определяется по формуле:

Аналогично координата темной полосы с номером m с учетом (3.38) равна:

Шириной интерференционной полосы называется расстояние между соседними максимумами или расстояние между соседними минимумами (рис. 3.8):

Рассчитаем ширину интерференционной полосы для светлых полос:

Формула (3.39) показывает, что для того, чтобы интерференционная картина была отчетливой, необходимо соблюдение условия d << L. Эту формулу можно использовать для того, чтобы определить длину волны света

5.Почему бипризма Френеля должна быть тонкой?

Интерференция наблюдается только для когерентных волн, а когерентных источников света во времена Френеля не было. Тонкая призма как раз и создаёт два когерентных пучка, даже от некогерентного источника. Накапливаемая на тонкой призме разность хода двух лучей сопоставима с длиной волны, поэтому некогеретность не успевает "разбить" согласованность фаз.

6.Как производится измерение d?

Линейкой.

Размещено на Allbest.ru

...