Контрольные вопросы

1. Чем создается и как обнаруживается магнитное поле?

2. Как направлен вектор индукции магнитного поля?

3. Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле (закон Ампера).

4. Величина индукции магнитного поля (физический смысл индукции магнитного поля), единицы ее измерения в СИ.

5. Принцип действия прибора магнитоэлектрической системы.

6. Вывод расчетной формулы для определения магнитного поля в воздушном зазоре прибора.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7

Определение длины волны света с помощью бипризмы френеля

Цель работы: ознакомиться с одним из методов наблюдения интерференции света. Определить длину волны света, излучаемую лазером.

Приборы и принадлежности: полупроводниковый лазер, оптическая скамья с набором рейтеров, бипризма Френеля, короткофокусная линза, экран для наблюдения с магнитными шайбами для крепления бумаги, линейка, карандаш, штангенциркуль.

Сведения из теории

Подробно теоретические сведения для данной лабораторной работы изложены в разделе 4.2.2. Интерференция света (стр. 232-243 данного учебного пособия).

Теоретические основы определения длины волны с помощью бипризмы Френеля

Из расчета результата интерференции от двух когерентных источников на примере метода Юнга (см. рис.7.1 и (4.26)) получаем

(7.1)

где d − расстояние между источниками, Δх − расстояние между интерференционными максимумами, L − расстояние от источников до экрана.

Для получения когерентных источников, световую волну делят на части. Полученные таким образом источники волн являются когерентными. Одним из способов разделения волны на две когерентные части является бипризма Френеля, состоящая из двух стеклянных призм с малыми преломляющими углами, сложенными своими основаниями.

Источником света в рассматриваемом случае является лазер, создающий практически параллельный пучок лучей. Призма отклоняет лучи в разных направлениях и, таким образом, возникают два пересекающихся пучка параллельных лучей, при наложении которых возникает интерференционная картина, состоящая из системы тёмных и светлых полос, параллельных ребру призмы (рис.7.2).

Размеры интерференционной области малы. Чтобы сделать её наблюдение возможным, на некотором расстоянии от неё по направлению лучей располагают собирающую линзу. Пересекающиеся лучи, пройдя через линзу, сходятся в фокальной плоскости и образуют два мнимых источника ‒ S₁ и S₂, которые и создают интерференционную картину, наблюдаемую на экране (рис.7.3).

Рис. 7.3.

Е сли угол ψ мал, то расстояние d между источниками S₁ и S₂, равно F∙ψ. Поскольку расстояние от источников до экрана L = a − F, тогда в соответствии с формулой (7.1), длина волны излучения, создаваемого лазером

. (7.2)

Порядок выполнения работы.

1. Измерить фокус линзы F. Для этого установить на оптической скамье лазер, линзу и экран (рис.7.4). Включить лазер. Перемещая экран, найти такое его положение, при котором сечение светового луча было бы минимальным. В этом случае расстояние между линзой и экраном является фокусным расстоянием линзы F. Результаты измерения F записать в таблицу 1.

Таблица 1.

№ п.п.	F, мм
Сред. значение

2. Определить угол пересечения лучей, прошедших бипризму Френеля (угол ψ). Для измерения угла ψ, нужно установить рядом с лазером бипризму и на максимальном удалении от неё экран (рис. 7.5). Включить лазер и проследить, чтобы его луч попадал на ребро бипризмы .

Измерить штангенциркулем расстояние l₁ между световыми пятнами, которые наблюдаются на экране. Затем сместить экран на расстояние ∆L и вновь измерить расстояние между световыми пятнами(l₂). Считая угол ψ малым, по формуле

(7.3)

найти его величину. Измерение повторить пять раз. Результаты занести в таблицу 2.

Рис.7.5.

Таблица 2

№ п.п.	l1, мм	l2, мм	∆L, мм
				<ψ> =

3. Установить линзу так, как показано на рис.7.6, повернув ее патрубком к призме. Экран установить на возможно большем удалении от линзы и закрепить на нём лист миллиметровой бумаги. Наблюдать на экране интерференционные полосы Измерить расстояние a между линзой и экраном.

4. Измерить расстояние между соседними интерференционными полосами. Для этого сосчитать число полос n приходящихся на некоторую длину l миллиметровой бумаги (1 – 2 см). Тогда Δх = l/n. Результаты занести в таблицу 3.

Таблица 3

Фокус линзы F =…., угол между лучами, выходящими из бипризмы Френеля ψ =…., <λ> = ….

№ п.п.	а, мм	l, мм	n	Δх, мм	λ, нм

5. Принимая во внимание формулы (7.2) и (7.3), вычислить

.

6. Изменяя положение экрана, повторить пункты 4 и 5 пять раз. Результаты записать в таблицу 3. Рассчитать погрешность полученных результатов.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Сущность явления интерференции волн.

2. Особенность получения когерентных источников в оптике.

3. Условия возникновения максимумов и минимумов освещённости при интерференции.

4. Ход лучей в бипризме.

5. Вывод расчетной формулы для длины световой волны

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8