Лабораторна робота № 5. 2. Визначення довжини світлової хвилі за допомогою дифракційних ґрат

↑

⇐ ПредыдущаяСтр 46 из 59Следующая ⇒

L

b

Якщо взяти до уваги, що , то з рис. 5.1.2 випливає, що оптична різниця ходу  дорівнює:

,                          (5.1.1)

де  – показник заломлення середовища.

Введемо позначення: S₁S₂ = b, SО = L а OO₁ = d (рис. 5.1.2). Якщо різниця ходу становить ціле число довжин хвиль , тоді в точці О₁ на екрані буде спостерігатись інтерференційний максимум. Його координати для випадку спостереження в повітрі ( ):

,                          (5.1.2)

де  – порядок інтерференційного максимуму, m = 1, 2, 3….

Інтерференційному мінімуму відповідає умова

.                  (5.1.3)

Шириною інтерференційної смуги називають відстань між сусідніми інтерференційними мінімумами:

.                               (5.1.4)

Таким чином, якщо відомі порядок інтерференційної смуги , відстань  від неї до центра інтерференційної картини та відстань від щілини до екрана , то за відомої відстані між уявними джерелами відповідна довжина хвилі світла, що падає, становитиме:

.                                 (5.1.5)

Величину  можна виміряти за допомогою мікрометричної шкали окуляра.

Для визначення відстані b між уявними джерелами S₁ та S₂ пропонується скористатися лазером як джерелом світла з відомою довжиною хвилі червоного кольору l = 630 нм. Для цього лазерний промінь треба пропустити крізь біпризму Френеля. В результаті на екрані можна буде спостерігати не одну світлову пляму, а дві (рис. 5.1.3).

З рис. 5.1.3 внаслідок подібності трикутників ВОО₁ та S₁O₁S випливає, що:

.                          (5.1.6)

За відомими з досліду значеннями ОВ та OO₁ можна визначити , за значенням  – відстань між уявними джерелами b. Величина b характеризує біпризму, тому вона одна й та сама і для випромінювання лазера, і для випромінювання лампи.

Для визначення довжини хвилі світла  у видимому діапазоні в цій роботі використорують оптичну лаву (рис. 5.1.4), на якій розміщено послідовно: джерело світла D (лампочка), щілина C, біпризма Френеля BF, окулярний мікрометр OK. Екраном, на якому отримують зображення інтерференційної картинки, є сітківка ока спостерігача (рис. 5.1.4).

Порядок виконання роботи

Перша частина (визначення b)

1. Увімкнути лазер. Поставити на шляху променя біпризму Френеля на відстані 17-18 см від вихідного вікна лазера так, щоб її ребро проходило через центр пучка. Тоді він роздвоїться, і на екрані можна буде спостерігати дві світлові плями.

2. Виміряти відстань АВ між зображеннями, що дає біпризма Френеля не екрані, та відстань ОО₁ від зображення до біпризми (рис. 5.1.3).

3. Розрахувати відстань b між уявними джерелами за формулою (5.1.6).

4. Результати вимірювань та розрахунків записати в табл. 5.1.1.

Таблиця 5.1.1

АВ, м

ОВ=АВ/2, м

SO₁, м

tgα

b, м

Друга частина (визначення )

1. Встановити біпризму Френеля на оптичну лаву (рис. 5.1.4) так, щоб її ребро було вертикальним і паралельним щілині. За біпризмою на відстані 20..30 см від неї розмістити окулярний мікрометр OK.

2. Повертати біпризму BF за та проти годинникової стрілки для досягнення чіткості інтерференційної картинки. Для найкращого співвідношення яскравості та чіткості картини змінювати ширину щілини С.

3. Виміряти відстань від щілини до об’єктива мікрометра L (рис. 5.1.4).

4. Визначити ціну поділки мікрометричної шкали в окулярі.

5. Визначити за допомогою шкали окулярного мікрометра OK відстань  ліворуч та праворуч від центральної незабарвленої смуги до першої (m₁ = 1) та другої (m₂ = 2) зеленої компоненти смуги. Знайти середнє значення для  для кожного максимуму.

6. Повторити п. 5 для червоної смуги.

7. За формулою (5.1.5) розрахувати довжину хвилі зеленого та червоного кольору для кожного максимуму та знайти їхнє середнє значення.

8. Результати вимірювань та розрахунків записати в табл. 5.1.2.

Таблиця 5.1.2

, м

, м

, м

, м

, м

, м

, м

Контрольні запитання

1. Яке оптичне явище називають інтерференцією?

2. Що таке хвильовий фронт?

3. Які джерела називають когерентними?

4. Що таке довжина когерентності? Яку величину називають радіусом когерентності?

5. Що таке оптична довжина шляху та оптична різниця ходу?

6. Яким чином та за яких умов виникають інтерференційні максимуми та мінімуми?

7. Побудуйте хід променів у біпризмі Френеля.

8. Яким чином виникають кольори тонких плівок?

9. Чи зміниться ширина інтерференційних смуг у разі наближення окулярного мікрометра до біпризми?

10. Які методи отримання інтерференції вам відомі?

11. Наведіть приклади інтерференційних картин у природі.

Мета роботи: вивчити явище дифракції; визначити за допомогою дифракційних ґрат довжину світлової хвилі; визначити товщину люд-ської волосини за дифракційною картиною.

Познавательные статьи:



Как правильно слушать собеседника

Типичные ошибки при выполнении бросков в баскетболе

Принятие христианства на Руси и его значение

Средства массовой информации США