Описание окулярного микрометра

Лабораторная работа № 2

Опыт Юнга

Цель работы:

исследование зависимости интерференционной картины от параметров интерференционной схемы; экспериментальное определение длины световой волны.

Приборы и принадлежности:

лампа накаливания (или ртутная лампа), светофильтры, раздвигающаяся щель, объектив (F=200 мм), набор двойных щелей - объектов, окулярный микрометр, оптическая скамья.

Описание экспериментальной установки

Свет от лампы (1) падает на щель-источник (2). За щелью-источником помещается светофильтр (3). Две щели (5) прорезаны в эмульсии засвеченной и обработанной фотопластинки (расстояние между щелями d указано на рамке, в которую вставлена пластинка). Непосредственно перед щелями помещается объектив (4), при помощи которого световые пучки сводятся в точке наблюдения (6), находящейся на расстоянии L от двух щелей. Наблюдают интерференционную картину при помощи окулярного микрометра (7) (см. описание в приложении к данной работе).

Измерения и обработка результатов

Задание 1. Получение интерференционной картины и исследование зависимости ширины полос от расстояния d между щелями.

Установите осветитель так, чтобы в плоскости щели было возможно более яркое пятно. При ширине щели-источника ~ 0,5 мм найдите с помощью вспомогательного экрана (например, листка бумаги) изображение щели, образованное объективом, и установите в этом месте окулярный микрометр (рамка с двумя щелями пока не используется). При правильной настройке в поле зрения микрометра можно увидеть яркое изображение щели.

Установив за щелью-источником светофильтр, а непосредственно за объективом рамку с двумя щелями (целесообразно начать со среднего значения d), наблюдайте интерференционную картину. Если картина неотчетлива, уменьшите ширину щели-источника, добиваясь оптимального сочетания яркости и контраста картины.

Измерьте линейкой расстояние L от двух щелей до фокальной плоскости окулярного микрометра.

Измерьте ширину полосы Dx - расстояние между двумя соседними максимумами или минумами. Для повышения точности рекомендуется измерять ширину нескольких полос и делить полученный результат на их число. Результаты измерений занести в таблицу 1 (оставив незаполненным последний столбец).

Таблица 1.

Сделайте вывод о влиянии d на ширину полосы (при неизменном L).

Задание 2. Исследование зависимости ширины полос от расстояния L между двумя щелями и точкой наблюдения.

Получив четкую картину от какой-либо пары щелей (лучше со средним значением d), переместите микрометр и измерьте ширину полос для трех значений L. Результаты измерений запишите в таблицу 2 (оставив незаполненным последний столбец).

Таблица 2.

Сделайте вывод о влиянии L на ширину полосы (при неизменном d).

Задание 3. Вычисление средней длины волны излучения, пропускаемого светофильтром.

По известным значениям L, d, Dx можно рассчитать среднюю длину волны излучения по формуле (см. задачу 2.2 [1]):

Пользуясь данными таблиц 1 и 2, рассчитайте для каждого опыта длину волны l и заполните последние столбцы таблиц. Вычислите среднее арифметическое полученных для длины волны значений. По разбросу полученных для l значений оцените погрешность измерения Dl. Результат с указанием погрешности впишите в рамку:

                                          l_ср =

Контрольные вопросы

1. Как влияет ширина щели-источника в схеме Юнга на характер интерференционной картины?

2. Каковы условия интерференционного максимума? минимума? Что такое порядок интерференции?

3. В чем заключается условие временной когерентности?

4. Является ли интерференционная картина, получаемая в опыте Юнга, локализованной или нет?

5. Как будет выглядеть интерференционная картина, если в качестве источника света использовать лампу накаливания без светофильтра?

6. В чем принципиальное отличие излучения лазера от излучения естественных источников света? Каким будет результат опыта Юнга, если, убрав щель-источник, осветить пару щелей пучком лазерного излучения?

7. Как изменится ширина интерференционных полос на экране в опыте Юнга, если зеленый светофильтр (l₁=500 нм) заменить красным (l₂=650 нм)?

Приложение.

Описание окулярного микрометра

Окулярным микрометром измеряют размеры изображения объекта. В фокальной плоскости окуляра микрометра расположена неподвижная стеклянная пластинка со шкалой, каждое деление которой равно 1мм. В этой же плоскости расположена вторая - подвижная - стеклянная пластинка с крестом К и рисками Р. При вращении микрометрического винта крест и риски перемещаются в поле зрения окуляра относительно неподвижной шкалы (см. рис.).

Шаг винта равен 1 мм. При повороте барабана винта на один оборот крест и риски переместятся на одно деление шкалы, которая служит для отсчета числа полных миллиметров перемещения креста. Для отсчета сотых долей миллиметра служит шкала барабана винта. Поворот на одно деление соответствует перемещению креста на 0,01 мм. Полный отсчет по шкалам окулярного микрометра складывается из отсчета по неподвижной шкале и отсчета по барабану винта.

Отсчет по неподвижной шкале в поле зрения определяется положением рисок, то есть подсчитывается, на сколько полных делений шкалы переместились риски, считая от нулевого деления шкалы. Отсчет по барабану микрометрического винта производится точно так же, как и на обычном микрометре, то есть определяется, какое деление шкалы барабана приходится против индекса, расположенного на неподвижном патрубке винта.

Допустим, что риски в поле зрения расположены между 6-м и 7-м делениями шкалы в поле зрения окуляра, и индекс барабана приходится против деления 21 шкалы барабана. В этом случае полный отсчет равен 6 + 0,21 = 6,21 мм.