Утворення інтерференції за допомогою біпризми Френеля -

Схема досліду

За допомогою призми з дуже великим кутом при вершині (біпризма Френеля) падаючий пучок світла можна розділити на два однакові когерентні часткові пучки, які в області свого перекривання інтерферують між собою.

Попередні знання

Для розуміння цього досліду учні вже мають бути обізнані з хвильовою поведінкою світла. Для унаочнення може стати в пригоді попередній показ інтерференції хвиль на воді.

Принцип

Світлові хвилі лазера падають на лінзу, розширюються і потрапляють на біпризму. Завдяки цьому з реального джерела світла вдається утворити два уявні джерела світла.

В області перекривання обох джерел світла виникає інтерференція, яку видно на екрані.

Навчальна мета

Якщо розширений за допомогою збиральної лінзи лазерний промінь падає посередині на біпризму, то за нею внаслідок інтерференції часткових пучків виникають світлі й темні смуги.

Якщо відстань між двома уявними джерелами світла відома, то за відстанню між двома сусідніми світлими або темними смугами можна визначити довжину хвилі лазерного світла.

Завдання

• Утворення інтерференції за допомогою біпризми Френеля.
• Визначення довжини хвилі діодного лазера.

Категорично не можна дивитися прямо в лазерне світло.

Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.

Паралельний пучок світла, що виходить із лазера, розширюють за допомогою короткофокусної збиральної лінзи , і він падає посередині на область вершини біпризми . Часткові пучки, що при цьому утворюються, можна, згідно з рис. 1, звести до двох уявних джерел світла і .

В області перекривання обох когерентних часткових пучків вони можуть інтерферувати між собою. На екрані спостерігається інтерференційна картина зі світлих і темних паралельних смуг. Якщо відстань між двома уявними джерелами світла і відома, то за відстанню між двома сусідніми світлими або темними смугами можна визначити довжину хвилі лазерного світла.

Рис. 1

Рис. 2

Максимуми яскравості слід очікувати завжди тоді, коли різниця ходу двох часткових променів дорівнює цілому кратному довжини хвилі .

Згідно з рис. 2 справджується:

Із (1) для довжини хвилі отже випливає:

Щоб визначити відстань між двома уявними джерелами і , їх за допомогою другої збиральної лінзи відображають на екрані зі збільшеною відстанню. За законом утворення зображення для лінз справджується:

( = відстань до предмета, = відстань до зображення, = відстань між і = відстань між зображеннями )

За (3) і (2) для довжини хвилі остаточно отримують:

Експериментальну установку збирають, як показано на рис.; риски-мітки компонентів на оптичній лаві мають такі положення:

• ковзна опора з діодним лазером на
• оправа зі шкалою з лінзою з
• ковзна опора зі столиком для призм і біпризмою на

Щоб визначити відстань між зображеннями уявних джерел світла, пізніше додають:

• оправу зі шкалою з лінзою з на

На відстані близько від кінця оптичної лави в циліндричній опорі стоїть екран.

Для розширення лазерного променя збиральну лінзу з фокусною відстанню вставляють в оправу на . Біпризму закріплюють на столику для призм так, щоб її вершина збігалася з оптичною віссю і була спрямована в бік лазера. Розширений лазерний промінь має падати на вершину призми симетрично.

На екрані, до якого перед тим скотчем прикріпили білий аркуш паперу, тепер спостерігається інтерференційна картина з вертикальних світлих і темних паралельних смуг. За допомогою водорозчинного фломастера на однаковій висоті позначають середини світлих смуг, а після знімання паперу визначають відстані між ними за допомогою штангенциркуля. Щоб якомога точніше визначити відстань між двома максимумами, доцільно виміряти кілька ліній симетрично щодо центра інтерференційної картини.

Далі, щоб додатково дістати збільшене зображення відстані між двома уявними джерелами світла, в оправу на вставляють лінзу з .

Ковзну опору на оптичній лаві трохи пересувають, поки на екрані, відстань якого до оптичної лави змінювати не можна, не стануть видимими дві різкі світлі точки – зображення уявних джерел світла. Як і раніше, на аркуші паперу на екрані позначають положення світлих точок і знову визначають відстань між ними штангенциркулем.

Рулеткою визначають як відстань до зображення (відстань екран – лінза ), так і відстань до предмета (відстань між двома лінзами і мінус фокусна відстань ).

Опрацювання результатів експерименту дає такі значення: