ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Порядок выполнения лабораторной работы

Лабораторная работа 7.3

Изучение явления интерференции света

От двух когерентных источников в опыте Юнга

Библиографический список

И.В. Савельев. Курс общей физики. – М.: Наука, 1978, т. 2.
Т.И. Трофимова. Курс физики. – М.: Высшая школа, 1985.

Цель работы – определение расстояния между щелями по интерференционной картине в схеме опыта Юнга.

Приборы и оборудование: лазер, тест-объект, экран, оптическая скамья.

Описание метода измерений
и экспериментальной установки.

Одним из первых ученых, кто наблюдал явление интерференции был Томас Юнг, который в 1802 году получил интерференционную картину, в установке, показанной на рис. 1.

Свет, предварительно прошедший через светофильтр, проходя через отверстие S в экране A падал на экран В, в котором были проделаны две тонкие щели S₁ и S₂. Эти щели являлись когерентными источниками света и давали достаточно четкую картину интерференции на экране.

В настоящей лабораторной работе вместо обычного источника света со светофильтром для повышения степени когерентности используется гелий-неоновый лазер. Схема установки приведена на рис. 2.

S₁ и S₂ – источники когерентного излучения, s₁ и s₂ – пути света от источников до точки наблюдения Р, d – расстояние между щелями, L – расстояние между экранами В и С, D -оптическая разность хода лучей.

Разность фаз колебаний, возбужденных волнами, приходящими в точку Р от источников S₁ и S₂ равна:

, (1)

где показатель преломления среды, l₀ – длина волны света в вакууме.

Отсюда следует, что если в оптической разности хода укладывается целое число длин волн , то разность фаз оказывается кратной 2p, и в этой точке будет наблюдаться интерференционный максимум.

Если в оптической разности хода укладывается полуцелое число длин волн , то в этой точке будет наблюдаться интерференционный минимум.

Из рис. 2 видно что:

. (2)

Учитывая, что , получаем:

. (3)

Так как и , то из уравнения (3) следует, что оптическая разность хода равна:

. (4)

Подставим в выражение (4) условия наблюдения максимума и минимума интерференции, соответственно получим:

, (5)

. (6)

Ширина интерференционной полосы на экране (расстояние между соседними минимумами интенсивности) будет определяться соотношением:

, (7)

где - длина волны в среде, заполняющей пространство между источниками света и экраном.

Установка (рис. 3) смонтирована на оптической скамье 4. Источником света служит полупроводниковый лазер 1. Параллельный световой пучок освещает тест-объект 2, который представляет собой тонкий стеклянный диск с непрозрачным покрытием, на котором по кругу нанесены пары щелей с разными расстояниями между ними. Пары щелей равной ширины объединены в группы по четыре. В пределах групп изменяются расстояния между щелями. Свет лазера, проходя через пару щелей, падает на экран 3, на котором и проводятся измерения ширины ин

терференционной полосы (Dх).

Порядок выполнения лабораторной работы

1. Добиться четкого изображения интерференционных полос.

2. Провести пять измерений ширины интерференционных полос для каждой из пар щелей. Полученные данные усреднить. Данные записать в таблицу 1, где - усредненное значение ширины интерференционной полосы.

Таблица 1.

№ изм.	Dx_i, мм
1 пара щелей	2 пара щелей	3 пара щелей	4 пара щелей

3. Измерить с помощью линейки расстояние L между экраном и тест-объектом и записать его в лабораторном журнале

4. По результатам измерений, зная длину волны излучения лазера (l = 632,8 нм) рассчитать расстояние между щелями по формуле:

Получится по одному значению d для каждой пары щелей из группы. Полученные результаты записать в таблицу 2.

Таблица 2.

№ пары щелей
, м

5. Рассчитать погрешности измерений.

6. Окончательный результат записать в виде:

Контрольные вопросы

1. Что такое интерференция?

2. При каком условии можно наблюдать интерференционную картину?

3. Что такое «полосы равной толщины» и «полосы равного наклона»?

4. Для опыта Юнга (интерференция от двух щелей) указать положение первого максимума и записать условие следующего максимума через длину волны, расстояние от экрана до щели L и расстояние между щелями d (в опыте Юнга d<<L).

5. В опыте Юнга вначале берется свет с длиной волны
λ₁ = 600 нм, а затем λ_2. Какова длина волны во втором случае, если 7-я светлая полоса в первом случае совпадает с 10-й темной во втором?

6. На пути одного из интерферирующих лучей помещается стеклянная пластинка толщиной 12 мкм. Определить, на сколько полос сместится интерференционная картина, если показатель преломления стекла n = 1,5; длина волны света
λ = 750 нм и свет падает на пластинку нормально.