Краткая теория и методика измерений. При падении плоской волны на пластину происходит отражение от двух её поверхностей

При падении плоской волны на пластину происходит отражение от двух её поверхностей, причем волны, отражённые от передней и задней граней, имеют разность хода (рис. 63):

,                  (1)

где  - угол падения волны на пластину,  - показатель преломления материала пластины.

 

а                                      б

Рис. 63

При сложении отражённых волн наблюдается интерференция, при этом разность хода волн, согласно (1), зависит от угла падения. При малых ,практически при , можно использовать формулу приближённого вычисления  и формулу (1) можно переписать в виде:

.

Максимумы интенсивности света при интерференции наблюдаются в тех точках, где разность хода световых волн  . Выразим отсюда порядок интерференции:

.

Из последней формулы видно, что порядок интерференции m линейно зависит от .

                      (2)

Построив график зависимости номера  интерференционной полосы от  (причем нумерацию можно начать с любой полосы), можно найти  как угловой коэффициент графика

                                  (3)

где

 

Порядок выполнения работы

 

Перед началом выполнения работы необходимо изучить теорию интерференции, ознакомиться с описанием комплекса ЛКО-1 (рис. 64) и модулей, используемых в настоящей работе (Приложение №3), инструкцией по эксплуатации ЛКО-1 и инструкцией по технике безопасности при работе с лазерными источника света.

 

Рис. 64. Лабораторный оптический комплекс ЛКО-1

Задание 1

1. Соберите схему согласно рис. 64. Установите в правой части оптической скамьи тонкую стеклянную пластину (объект 4).

2. Установите на поворотном столике (модуль 13 на расстоянии 0-47см) в правой части оптической скамьи тонкую стеклянную пластину (объект 4) и осветите её пучком излучения лазера.

3. Поворачивая стол, наблюдайте на левом борте или на фронтальном экране отражённый от пластины пучок. Пронаблюдайте колебания интенсивности пучка при повороте пластины (в интерференционных минимумах пучок как бы пересекается тёмными полосами). Верните отраженный от пластины пучок в начальное положение (на левый борт или фронтальный экран).

4. Начиная отсчёт с крайней левой тёмной полосы, ближайшей к падающему пучку (пусть ее номер  = 0), определите угловые координаты стола через несколько полос (например, для  = 0,5,10,15,20).

5. Определите положение нормали к пластине (т. е. угловую координату  стола, при которой отраженный от пластины пучок направлен навстречу падающему и угол падения  = 0). Определите углы падения   для  =0,5,10,15,20,как разность угловых координат.Данныезанесите в таблицу 1.

 

Таблица 1

 

0
5
10
15
20

 

6. Постройте график и определите угловой коэффициент  (тангенс угла наклона прямой  по формуле (3). Для построения графика можно использовать компьютерные программы «Excel» или «Grapher 2».

7. По формуле  определите показатель преломления пластины (толщина пластины  и длина волны   приведены в паспорте установки).

8. По формуле Стьюдента рассчитайте погрешность измерений и запишите результат в формате:

.

Контрольные вопросы

1. Что такое интерференция света? Какие волны называются когерентными? Как можно получить когерентные световые волны?

2. Что понимают под геометрической и оптической разностью хода волн?

3. Сформулируйте и выведите условия интерференционных минимумов и максимумов?

4. Нарисуйте схему наблюдения интерференционных полос равного наклона.

5. Раскройте смысл понятий длины временной и пространственной когерентности. Какими параметрами определяется длина временной и пространственной когерентности?

6. В чем заключается физический смысл абсолютного показателя преломления среды?

7. Что такое относительный показатель преломления?

8. При каком условии наблюдается полное отражение?

9. Сформулируйте закон прямолинейного распространения света.

10. Сформулируйте закон отражения света.

11. Сформулируйте закон преломления света

12. Сформулируйте принцип Ферма.

13. В какой среде свет распространяется прямолинейно?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6.

ПОЛОСЫ РАВНОГО НАКЛОНА

Цель работы: Наблюдение интерференции при отражении сферической волны от пластины, определение показателя преломления стекла.

Оборудование: Лабораторный оптический комплекс ЛКО-1.