Лабораторная работа №7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ СВЕТОВОЙ ВОЛНЫ ПРИ ПОМОЩИ БИПРИЗМЫ ФРЕНЕЛЯ

Лабораторная работа №7.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ СВЕТОВОЙ ВОЛНЫ
ПРИ ПОМОЩИ БИПРИЗМЫ ФРЕНЕЛЯ
Цель работы – определение длины световой волны по интерференционной картине,
получаемой с помощью бипризмы Френеля.
Общие положения
Явление сложения световых волн, ведущее к усилению или ослаблению
интенсивности результирующей волны в зависимости от соотношения между фазами волн,
называется интерференцией света.
Основным условием интерференции световых волн является когерентность.
Интерференционную картину можно получить экспериментально, имея источник
света S (Рис. 1), свет от которого, проходя через бипризму Б и преломляясь, даёт два
мнимых центра излучения S1 и S 2 . Так как центры излучения являются изображениями
одного источника, то они когерентны и в заштрихованной зоне за бипризмой дают
интерференционную
картину.
Всякую
реальную
интерференционную
схему
можно
свести
к
эквивалентной, которая изображена на рис. 2, где S1 и
S 2 – два когерентных источника света; АА – экран на
котором наблюдается интерференционная картина;
d 2  d1 – разность хода двух лучей, встречающихся в
точке М экрана. Если разность хода    , где к = 0, 1,
2, …, то в результате сложения этих двух лучей
Рис. 1
получается интерференционный максимум. Из рис.2
x

видно, что при y << L выполняется соотношение   . Таким образом, расстояние от к-й
L
y
светлой полосы до центральной, проходящей через точку О, определяется из условия
L
x   . Эта формула справедлива в предположении,
y
что x и у очень малы по сравнению с L. Тёмные полосы
расположены между светлыми. Найдём расстояние
между соседними светлыми полосами:
x  xk 1  xk 
Рис. 2
L
L
L
 (k  1) k   ,
y
y
y
y
x . Полученная формула
L
определить длину световой волны.
отсюда

позволяет
Описание лабораторной установки.
Источником света служит ртутная лампа, установленная на оптической скамье. Перед
лампой на скамье размещают щелевую диаграмму, светофильтр, бипризму.
Интерференционную картину наблюдают с помощью окулярного микрометра,
укреплённого в рейтере и установленного на оптической скамье. Кроме того, в работе
используется оптическая линза, помещённая между бипризмой и микрометром.
Окулярный винтовой микрометр служит для измерения линейных размеров объектов,
рассматриваемых в микроскоп. В фокальной плоскости окулярного микрометра
расположена неподвижная стеклянная пластинка со шкалой от 0 до 8 мм, каждое деление
которой равно 1 мм. В этой же плоскости расположена вторая подвижная пластинка с
перекрестием и индексом в виде рисок. Эта пластинка связана с точным микрометренным
винтом отсчётного барабана так, что при вращении микрометренного винта перекрестие и
риски перемещаются в поле зрения окуляра относительно неподвижной шкалы.
Следовательно, неподвижная шкала в поле зрения служит для отсчетов полных оборотов
барабана, т.е. для отсчётов полных миллиметров перемещения перекрестия окуляра.
Барабан винта разделён на 100 частей, шкала барабана служит для отсчёта сотых долей
миллиметра. Полный отсчёт по шкалам окулярного микрометра, складывается из отсчётов
по неподвижной шкале и по барабану винта.
Порядок выполнения работы.
1. Придвинуть светофильтр, бипризму и окулярный микрометр вплотную к щелевой
диаграмме. (Линза в первой части опыта не используется и должна быть снята со скамьи).
2. Поворачивать (глядя в окуляр микрометра) оправку с бипризмой вокруг оси,
параллельной оптической скамье, до появления чёткой картины интерференции.
(Интерференционная картина наблюдается достаточно чётко при условии параллельности
щели, имеющей оптимальную ширину, и ребра тупого угла бипризмы).
3. Отодвинуть окулярный микрометр по оптической скамье на расстояние не менее
700 мм от бипризмы. Если при этом перемещении интерференционная картина уходит из
поля зрения влево или вправо, то, передвигая бипризму с помощью специального винта,
установленного в оправе бипризмы, вывести интерференционную картину в центр поля
зрения.
4. Приступить к измерению x . Для этого перекрестие нитей окулярного микрометра
навести на тёмную или светлую полосу и записать показания по шкале и барабану, затем
сместить перекрестие на n (пять-десять) тёмных или светлых полос и снова записать
показания окулярного микрометра. Разность двух отсчётов даёт величину  . Значение x

определяется из соотношения x  .
n
Измерения повторить несколько раз, n можно придавать разные значения.
5. Определить величины L и y. Так как путём непосредственного измерения их
определить невозможно (мы имеем дело с мнимыми источниками ), приходится прибегать к
косвенному методу. Для этого между бипризмой и окулярным микрометром ставят линзу,
фокусное расстояние которой f меньше четверти расстояния L. Положение окулярного
микрометра во время опыта не меняется (см. лабораторную работу №3).
На рис. 3 представлена реальная схема установки, где y1 - расстояние между
действительными изображениями источников, которые получаются в фокальной плоскости
окулярного микрометра, когда линза находится в положении  . Если линза находится в
положении  , расстояние между изображениями источников - y 2  .
Геометрия (см. рис. 3) позволяет установить соотношения: l1  l 2' , l 2  l1' . Так как
расстояние между мнимыми источниками равно y, то линейное увеличение этого отрезка,
даваемое линзой,
y l ' l '
в положении  : 1  1  1  1' ;
y l1 l 2
в положении  :  2 
отсюда y 
y1  y 2 .
y 2 l 2' l 2'
  ' ,
y
l 2 l1
Расстояния y1 и y 2  измеряются окулярным микрометром (методом, аналогичным
измерению x ). Перекрестие нитей окулярного микрометра наводят попеременно на S1 и
S 2 и затем S1  и S 2  (при другом положении линзы).
Рис. 3
Из геометрии хода лучей, показанных на рис. 3, вытекает соотношение:
LD
y1  y 2
y1  y 2
При перемещении линзы из положения  в положение  находим D путём
непосредственного отсчёта по шкале на оптической скамье. Зная величину L и пользуясь
формулой (*), получаем рабочую формулу для определения длины световой волны
источника:

y1  y 2
D

y1  y 2

1
y  y

2
 x
Окончательный результат записать с вычисленной погрешностью.
Контрольные вопросы
1. Какие источники называются когерентными, и как их можно получить?
2. Геометрическая и оптическая разности хода при интерференции.
3. Условия максимумов и минимумов при интерференции в выражении через
разность хода и разность фаз.
4. В чём заключается метод Бесселя, и как он используется в данной работе?