общие принципы ue4030300 бипризма френеля

О П Т И К А / В ОЛ Н О ВА Я О П Т И К А
UE4030300
Л А Б О РАТО РН Ы Й П РА К Т И К У М П О ФИЗ И К Е
БИПРИЗМА ФРЕНЕЛЯ
UE4030300
ОБЩ ИЕ ПРИНЦИПЫ
ОЦЕНОЧНЫЙ РАСЧЕТ
В одном из своих опытов по интерференции Огюстен Жан Френель
использовал бипризму, чтобы получить интерференцию двух лучей. Он
разделил расходящийся луч света на две части, используя бипризму для
их преломления. В результате были получены два луча, которые вели себя
так, как если бы они исходили из двух когерентных источников, и которые
в силу этого интерферировали друг с другом. Наблюдая изображение на
экране, Френель смог увидеть ряд пиков интенсивности света, расстояние
между которыми было одинаково.
В этом опыте в качестве источника света используется лазер. Его луч
разделяется линзой. Положение источника света точно не известно,
поэтому расстояние до предмета a также не известно. Таким образом,
его необходимо рассчитать по фокусному расстоянию f линзы и
легко измеряемому расстоянию b, используя закон формирования
изображений:
Наличие или отсутствие пика интенсивности зависит от разности ∆ путей,
проходимых каждым из разделенных лучей света. Если источник света
находится на большом расстоянии L от экрана, с достаточно хорошим
приближением справедливо следующее:
(1)
ПОРЯДОК
ПРОВЕ ДЕНИЯ
ОПЫ ТА
• Определение длины волны света гелийнеонового лазера по расстоянию между
интерференционными кольцами.
2
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ
Преломление расходящегося светового луча бипризмой разделяет луч на две части, которые
будут интерферировать друг с другом, поскольку являются когерентными. Длину волны света,
используемого в этом опыте, можно определить с помощью расстояния между мнимыми источниками
света и расстояния между соседними интерференционными кольцами.
НЕОБХОДИМОЕ ОБОРУДОВА НИЕ
Кол-во
A
S‘2
Они также должны находиться на одинаковом расстоянии D друг от друга.
Также справедливо следующее соотношение:
D
(3)
.
λ = A⋅
L
Получение интерференции двух лучей с помощью бипризмы Френеля.
• Наблюдение картины интерференции
двух разделенных лучей от мнимых
источников света.
x
.
L
Здесь x обозначает координату точки, наблюдаемой на экране, в
направлении, перпендикулярном оси симметрии. A – расстояние между
двумя мнимыми источниками света, которое еще предстоит определить.
Пики интенсивности возникают точно в тех точках, где разница путей,
проходимых светом, кратна длине волны λ:
(2)
Δn = n⋅λ , где n = 0, 1, 2, …
Сравнение (1) и (2) показывает, что пики будут в точках с координатами:
xn = n⋅D
(3)
ЦЕЛЬ ОПЫТА
• Получение двух мнимых когерентных
источников света из одного точечного
источника при помощи бипризмы
Френеля.
Δ = A⋅
1 1 1
Следовательно, справедливо следующее выражение:
= +
f a b
.
Расстояния D и L можно измерить напрямую. Это означает, что теперь
известны все переменные для определения длины волны с помощью
уравнения (3).
B f ⋅B
A = a⋅ =
b b− f
Уравнение (3) можно рассматривать как выражение для определения
длины волны λ используемого света. Оно всегда применимо в случае
интерференции двух лучей.
Однако остается еще установить, как можно измерить расстояние между
двумя мнимыми источниками A. В этом может помочь простая оптическая
установка, в которой изображение двух источников получается на экране с
помощью собирающей линзы, так что расстояние B между изображениями
двух источников можно измерить (см. Рис. 2). К ним применимо
следующее выражение:
Наименование
№ по каталогу
1
Бипризма Френеля
U14053
1
Подставка для призм на ножке
U17020
1
Гелий-неоновый лазер
U21840
1
Ахроматический объектив 10x/0,25
W30614
1
Выпуклая линза на ножке, f = +200 мм
U17104
3
Передвижное крепление оптической скамьи модели D, 90/50
U103111
1
Прецизионная оптическая скамья модели D длиной 50 см
U10302
1
Проекционный экран
U17130
1
Тяжелая круглая опора весом 1 кг
U13265
ПРИМЕЧ А НИЕ
1
Карманная рулетка длиной 2 м
U10073
Вместо бипризмы для получения двух мнимых источников света можно
также использовать зеркало Френеля (U10345). Соответствующий
перечень принадлежностей содержится в описании опыта UE4030320.
(4)
A = B⋅
S
S‘1
L
X
Рис. 1: Схема прохождения света через бипризму
A
S‘1
S‘2
a
b
a: расстояние до предмета, b: расстояние до изображения.
L
b
B
Рис. 2: Схема лучей для получения изображения двух мнимых источников
на экране
www.3bscientific.ru, E-mail: [email protected], тел. (812) 334-2223