Порядок выполнения работы. Метод измерения и описание аппаратуры

Метод измерения и описание аппаратуры

Схема установки представлена на рис. 3. Источником монохроматического света служит газовый (He - Ne) лазер 1. Цилиндрическая собирающая линза 2 фокусирует лазерный пучок на щелевую диафрагму образующую линейный источник света S, параллельный ребру бипризмы 3. Интерференционная картина наблюдается на подвижном экране 5, снабженном вертикальной риской и миллиметровой шкалой с нониусом, предназначенной для измерения ширины интерференционных полос.

Рис. 3

Экран может перемещаться вдоль оптической скамьи. Для измерения расстояния d ¢ между изображениями мнимых источников S ₁ и S ₂ перед экраном устанавливается собирающая линза.

Упражнение 1. Определение угловой ширины зоны интерференции

1. Включить блок питания лазера.

2. Вывести линзу 4 из зоны перекрытия волн. Проверить юстировку оптической схемы: интерференционные полосы на экране должны быть параллельны вертикальной риске экрана.

Устранение неточностей юстировки выполняется лаборантом.

3. Для фиксированного положения экрана измерить протяженность АВ поля интерференции (то есть расстояние между крайними полосами видимой интерференционной картины). С этой целью совместить вертикальную риску экрана с левой крайней видимой полосой и по горизонтальной шкале экрана определить ее координату х ₁. Затем совместить риску с правой крайней полосой и определить ее координату х ₂:

| х ₁ - х ₂| = AB.

Измерить также расстояния l ₁ (между источником S и бипризмой) и расстояние l ₂ (между бипризмой и экраном).

4. По формуле (8) рассчитать угловую ширину зоны интерференции.

5. Оценить относительную погрешность измерения малых w:

» + ,

где DAB и D l ₂ – абсолютные погрешности измерений соответственно AВ и l ₂. Здесь и далее абсолютные погрешности измерений принять равными половине цены деления соответствующих измерительных приборов.

Упражнение 2. Определение длины волны света

1. Установить собирающую линзу 4 между бипризмой и экраном.

2. Перемещая линзу вдоль оптической скамьи, добиться четкого изображения на экране двух параллельных линий – действительных изображений источников S ₁ и S ₂. Измерить расстояние d' между ними, а также расстояния a между источником S и линзой и b – между линзой и экраном.

3. Вывести линзу из зоны перекрытия волн. Не меняя положения экрана на оптической скамье, измерить ширину интерференционной полосы D _X, взяв расстояние h между тремя-пятью полосами и поделив его на число N светлых полос между ними:

D _X = .

4.Оценить относительную погрешность измерения

= .

5. По формулам (6) и (7) определить длину световой волны.

l = D _X , (10)

где l = l ₁ + l ₂.

6. Оценить относительную погрешность измерения l:

= + + + + ,

где Dl, D a, D b, D(D _X), D d ¢, D l – абсолютные погрешности, соответственно, l, a, b, D _X, d ¢ и l.

7. Определить длину световой волны другим способом. Для этого из формул (6), (8) и (9) находим

(11)

8. Оценим относительную погрешность измерения l.

Учтем, что tg » , так как угол w мал. В этом случае

= + + + .

Данные измерений и результаты расчётов занести в таблицы 1 и 2.

Таблица 1

АВ×10^-^3, м	l 1×10^-^2, м	l 2×10^-^2, м	w, рад	, %

Таблица 2

d '×10^-^3, м	a ×10^-^2, м	b ×10^-^2, м	h ×10^-^3, м	N	D X ×10^-^3, м	, %

Сравнить найденные значения l и сделать выводы по результатам эксперимента. Окончательный результат записать в виде:

- по формуле (10): l = …… мкм; = …… %.

- по формуле (11): l = …… мкм; = …… %.

Контрольные вопросы

1. Что называется интерференцией света?

2. Какие источники называются когерентными?

3. Почему невозможно получить интерференционную картину от двух произвольных монохроматических источников света?

4. Как можно получить когерентные источники света?

5. В чем состоит метод получения когерентных источников света с помощью бипризмы Френеля?

6. Каковы условия максимального усиления и ослабления освещенности при интерференции света?

7. Рассмотрите общий случай интерференции волн, исходящих из двух точечных когерентных источников, и выведите формулу для определения длины волны света.

8. Что такое угловая ширина зоны интерференции и ширина интерференционной полосы?

9. Как определяется в данной работе расстояние между мнимыми источниками S ₁ и S ₂?

10. Каким образом можно уменьшить относительную погрешность измерения длины волны света l на данной установке?

Список литературы

1. Савельев И.В. Курс физики. М.: Наука, 1989.-Т.3.

2. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Курс физики. – М.: Изд-во «Академия», 2003. – 720 с.

3. Ландсберг Г.С. Оптика. Учебное пособие: Для вузов. – 6-е изд., стереотип. – М.: Физматлит, 2003. – 848 с.

4. Селезнёв В.А., Тимофеев Ю.П. Методические указания к вводному занятию в лабораториях кафедры физики. – М.: МИИТ, 2006. – 30 с.

Работа 302

ИЗУЧЕНИЕ ДИФРАКЦИИ СВЕТА В СХОДЯЩИХСЯ ЛУЧАХ (ДИФРАКЦИЯ ФРЕНЕЛЯ)

Цель работы: изучение дифракционных явлений при распространении сферической световой волны через круглое отверстие в непрозрачном экране.

Приборы и принадлежности: источник света – газовый (He-Ne) лазер, оптическая скамья с сантиметровой шкалой, собирающая линза, диафрагма, отражающий экран, фотоэлемент, микроамперметр.

Дата добавления: 2015-06-04