Описание элементов экспериментальной установки и схем их расположения при проведении измерений

На рис.4 показано поперечное сечение кюветы, одна из прозрачных стенок которой представляет собой бипризму Френеля с преломляющими углами β₁ и β₂.

На рис.6 показана оптическая схема для определения угла α схождения (расхождения) лазерных пучков, возникших после преломления исходного лазерного пучка в бипризме Френеля. Как видно из рисунка, для малого угла α имеем

. (3)

Задание.

1. Установите на одном конце направляющей лазер, на другом – экран с бумажным покрытием. Направьте лазер на экран. Включите питание лазера. Поворачивая и вращая крепление лазера, добейтесь попадания горизонтального луча лазера в центральную часть экрана. Отметьте карандашом на бумаге точку попадания.

2. Определите опытным путем, на какой из стенок кюветы «находится» бипризма Френеля. Для этого установите кювету на пути лазерного луча (ближе к экрану). Затем, помещая внутрь кюветы листочек бумаги, по характеру отраженных лучей сделайте вывод о «местонахождении» бипризмы Френеля. Смещая кювету относительно луча, наблюдайте за отклонением луча при его прохождении «левой» и «правой» половинок бипризмы. По результатам наблюдений составьте эскиз кюветы, указав на нем бипризму Френеля.

3. Установите кювету на расстоянии примерно 5-10 см от выходного окна лазера таким образом, чтобы центр луча попадал на вертикальное ребро бипризмы Френеля в средней (по высоте) её части (см. рис.6). Для «тонкой» настройки положения кюветы используйте винт, позволяющий плавно смещать её в горизонтальном направлении. На экране при этом должны появиться два пятна, соответствующих лучам, отклоненным разными частями бипризмы. Смещением кюветы в горизонтальном направлении перпендикулярно падающему на неё лучу добейтесь, чтобы пятна на экране имели одинаковую яркость. Измерив расстояние между центрами пятен и расстояние от экрана до кюветы, определите угол α схождения лучей. Изменяя положение кюветы относительно экрана, повторите измерения 3-4 раза.

4. Установите между кюветой и экраном (на расстоянии ≈10 см от кюветы) собирающую линзу (фокусное расстояние линзы F=36 мм) таким образом (см. рис.7), чтобы центр картинки (пятно с размытыми краями и более яркой центральной частью) на экране совпадал с точкой попадания луча при отсутствии линзы (центрирование оптической схемы).

5. Перемещая линзу по направлению к экрану, наблюдайте за изменением интерференционной картины на экране. Добейтесь появления на экране 3-4 вертикальных темных (или светлых) отчетливо видных интерференционных полос.

6. Запишите расстояние от линзы до экрана, а также данные для определения периода Λ₂ наблюдаемой на экране интерференционной картины.

7. Воспользовавшись формулой тонкой линзы, определите расстояние от линзы до плоскости наблюдения интерференционной картины (см. рис.7), изображение которой проецируется на экран. Рассчитайте линейное увеличение линзы.

8. Зная увеличение линзы, определите период Λ₁ интерференционной картины в плоскости наблюдения.

9. Пользуясь формулой (1) для периода интерференционной картины, рассчитайте угол схождения лучей после бипризмы. Длина волны излучения лазера указана на его подставке.

10. Повторите измерения по пунктам 5-9 для еще трех различных значений .

11. Сравните значения для угла α схождения лучей, полученные двумя способами. Сравните погрешности измерения угла α двумя способами.

12. Заполните кювету водой. Повторите измерения по пунктам 5-9.

13. Получите выражение для угла δ отклонения луча после прохождения «водно-стеклянной» бипризмы (см. рис.5). Используя выражение для δ, получите выражение для угла α схождения (расхождения) пучков после прохождения кюветы с водой (пункт 12).

14. По результатам измерений α (пункт 12) определите значение показателя преломления стекла, из которого изготовлена стеклянная бипризма. По таблице показателей преломления стекол определите возможную марку стекла. Показатель преломления воды n_в принять равным 4/3.

15. Оцените среднее значение преломляющего угла β_ср стеклянной бипризмы (β_ср=0,5(β₁+β₂)).