Цель работы: определить длину световой волны интерференционным методом.
Приборы и принадлежности: бипризма, оптическая скамья c линейкой, фонарь, светофильтр, щель, линза, матовый экран, микроскоп, линейка.
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ
Для экспериментального обнаружения явления интерференции при сложении двух колебаний необходимо, чтобы они первоначально исходили из одного и того же источника.
Два центра излучения, исходящих из одного и того же источника и испускающих поэтому колебания с постоянной разностью фаз, называются когерентными.
В данной работе интерференционную картину наблюдаем с помощью бипризмы.
Бипризма представляет собой две призмы с малыми углами преломления (порядка 30°), сложенные своими основаниями. Если лучи источника света , взятого в виде тонкой освещенной щели, расположенной параллельно ребру призмы, падают на нее, то вследствие преломления они разделяются на два перекрывающихся пучка лучей, продолжения которых пересекаются в двух мнимых изображениях и щелевого источника света .Эти мнимые изображения щелевого источника света можно принять за когерентные источники света. В области пересечения лучей можно наблюдать интерференционные полосы, состоящие из чередующихся зон усиления и ослабления монохроматического света (рис.1).
Рис.1: При перемещении экрана к источнику света или при удалении его за пределы линии .
Если свет, прошедший через бипризму, падает на экран 3, то можно наблюдать результат интерференции в любом месте участка .
Для точек экрана, лежащих против ребра бипризмы, расстояния до обоих мнимых источников света одинаковы, разность хода волн равна нулю и, следовательно, здесь будет усиление колебаний; на экране наблюдается световая полоса. В соседних точках экрана, для которых разность хода равна половине длины волны, произойдет максимальное ослабление колебаний. На экране по обе стороны от светлой полосы будут расположены темные полосы. Далее в точках, разность хода для которых равняется двум полуволнам, расположатся светлые полосы и т.д. Таким образом, усиление колебаний (светлые полосы) наблюдаются во всех точках, для которых разность хода составляет четное число полуволн , где
Ослабление колебаний происходит во всех точках, для которых разность хода составляет нечетное число полуволн.
Зная расстояние между когерентными источниками и , расстояние от этих источников до места наблюдения интерференции (до экрана), можно найти зависимость между длиной волны и расстоянием между интерференционными полосами, наблюдаемыми на экране, который помещается параллельно плоскости расположения источников света и .
Действительно, пусть и – два когерентных источника света, расстояние между которыми мало по сравнению с расстоянием до экрана (рис.2). Если на таком расстоянии поставить экран, то на нем будут наблюдаться интерференционные полосы. В точке будет наблюдаться светлая полоса (разность фаз=0). Расстояние от « -той» светлой полосы до центральной, равное , определяется из условия подобия треугольников и :
,
откуда (при условии, что мало по сравнению с . можно принять равным ), – это разность хода лучей от источника и до « -той» по порядку светлой полосы, равная четному числу полуволн.
Положение темных полос определяется условием
;
(разность хода лучей от источников и для случая темных полос интерференции, равная нечетному числу полуволн).