12116

ИССЛЕДОВАНИЕ ИНТЕРФЕРЕНЦИИ МОНОХРОМАТИЧЕСКОГО СВЕТА В ОПЫТЕ ЮНГА

Лабораторная работа

Физика

PAGE 3 ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ СВЕТА Лабораторная работа № 1 иССЛЕДОВАНИЕ ИНТЕРФЕРЕНЦИИ МОНОХРОМАТИЧЕСКОГО СВЕТА В ОПЫТЕ ЮНГА Цель работы: наблюдение интерференционной картины от двух отверстий освещенных лазером и определение расстояния между ними. ...

Русский

2013-04-24

312.5 KB

57 чел.

PAGE  3

ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ СВЕТА

Лабораторная работа № 1

иССЛЕДОВАНИЕ ИНТЕРФЕРЕНЦИИ

МОНОХРОМАТИЧЕСКОГО СВЕТА В ОПЫТЕ ЮНГА

Цель работы: наблюдение интерференционной картины от двух отверстий, освещенных лазером, и определение расстояния между ними.

Оборудование гелий-неоновый лазер, пластинка с двумя отверстиями, экран, линза, линейка.

                            

Краткие теоретические  сведения

Явление интерференции света осуществляется при наложении когерентных световых волн от двух точечных источников света S1 и S2, находящихся на расстоянии d друг от друга (рис. 1).

Рис. 1

В некоторой точке пространства М происходит усиление или ослабление света в зависимости от величины разности хода между интерферирующими лучами света:   r2r1.

Максимальное усиление света наблюдается в тех точках пространства, для которых разность хода световых лучей равна целому числу длин волн или четному числу полуволн:

 ( = 0, 1, 2, 3,... – порядок интерференции).

Минимум интенсивности при ослаблении света наблюдается при условии, если разность хода   равна полуцелому числу длин волн или нечетному числу полуволн

 ( = 0, 1, 2, 3,....).

В целом интерференционная картина представляет собой систему чередующихся светлых и темных полос в некоторой плоскости Р, находящейся на расстоянии r от источников S1 и S2 (см. рис. 1). Когда расстояние r намного превосходит расстояние d между источниками света (при r>>d), можно считать, что

,         ,

где y – координата, определяющая положение интерференционной полосы относительно центра О интерференционной картины, что следует из подобия треугольников S1BS2 и МСО. В этом случае положение светлых и темных полос в положительном и отрицательном направлении оси y будет определяться формулой

За ширину интерференционной полосы принимают расстояние между центрами двух соседних светлых или темных полос:

y = ymym-1 = .

В данной работе ставится задача нахождения расстояния между источниками света S и S:

  =.  (1)

Описание установки

В опыте Юнга в качестве источников света S1 и S2 используются два отверстия в пластинке, помещаемой на пути лазерного луча. Поскольку лазерное излучение обладает большой пространственной когерентностью по всему поперечному сечению светового пучка, отверстия S1 и S2 представляют собой когерентные источники света, что является необходимым условием осуществления интерференции света. Для нахождения расстояния d между источниками, согласно (1), необходимо знать длину  волны лазерного излучения, расстояние r от отверстий до плоскости Р и ширину интерференционных полос. Непосредственные измерения y практически невозможны из-за мелкого масштаба наблюдаемой интерференционной картины. Поэтому между лазером и экраном помещают линзу L, дающую увеличенное изображение интерференционных полос на экране Э (рис. 2)

На рисунке y' соответствует увеличенному изображению ширины y интерференционной полосы, равной расстоянию между центрами  соседних светлых полос нулевого (m = 0) и первого (m = 1) порядков.

Из подобия треугольников АМО и  А'M'O следует:

 . (2)

Рис. 2

Расстояние  от плоскости Р до линзы L можно найти по формуле линзы:

,

где F – фокусное расстояние линзы. Тогда

.

Подставив это выражение в (2), получим

.

Учитывая, что

,

и подставляя выражение, полученное для y, в (1), получим формулу для вычисления расстояния между источниками света S1 и S2:

 d = .  (3)

Расстояние l от пластины с отверстиями до линзы, ширину наблюдаемой интерференционной полосы y' и расстояние а' от линзы до экрана Э измеряют с помощью линейки. Фокусное расстояние линз F указывается на установке. Длина волны излучения гелий-неонового лазера = 632,8 нм.

Порядок выполнения работы

1. Включить лазер и направить луч на экран.

2. Поставить на пути луча пластинку с отверстиями. На экране появится интерференционная картина.

3. Поместить между пластинкой с отверстиями и экраном линзу с известным фокусным расстоянием F для получения увеличенного изображения интерференционных полос.   

4. Измерить ширину y' интерференционных полос, полученных на экране. Для этого, положив лист бумаги на экран, отметить карандашом середины темных полос, измерить ширину нескольких полос и разделить ее на число полос.

5. Измерить расстояние l и а'.

6. Вычислить расстояние d по расчетной формуле (3).

7. Измерения провести  для трех различных положений линзы.

8. Определить среднее значение

<d> =

      9. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу.

          10. Оценить абсолютную   и относительную   погрешности измерений по формулам:

 

                                    Таблица

li

ai', м 

Δyi'

di, м

<d>,м

|di<d>|, м

Δd

ε, %

1

2

3

λ = 632,8 нм

F =

Контрольные вопросы

1. Что такое интерференция света? Каковы условия ее осуществления?

2. Получить выражение для ширины интерференционных полос в опыте Юнга.

3. Почему в центре интерференционной картины в опыте Юнга наблюдается светлая полоса?

4. Как осуществить опыт Юнга от обычной лампочки накаливания, являющейся некогерентным источником света?

5. С какой целью используется линза в данной работе?

6. Получить условия максимума и минимума  интенсивности света в опыте Юнга.

7. Вывести формулу для определения расстояния между источниками света в опыте Юнга.

Библиографический список

к лабораторной работе № 1

1. Савельев, И. В. Курс общей физики: учеб. пособие / И. В. Савельев. – СПб.: Лань, 2005. – Т. 2. – § 120

2. Кингсеп, А. С. Основы физики / А.С. Кингсеп, Локшин, Г. Р., Ольхов, О. А.. – М., 2001. – ч. 3 гл. 7.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

84387. Theatre of the 20th century and beyond 22.06 KB
  The achievements of realism at the end of the 19th century continued to resonate through the turn of the 21st century, but the most influential innovations in early 20th-century theatre came from a vigorous reaction against realism.
84388. Post-modern literature 13.7 KB
  The term Postmodern literature is used to describe certain tendencies in post-World War II literature. It is both a continuation of the experimentation championed by writers of the modernist period (relying heavily, for example, on fragmentation, paradox, questionable narrators, etc.)...
84389. XX Century Literature 22.69 KB
  The lecture introduces the student to British modernism, beginning in the late nineteenth century, and ending with the third decade of the twentieth. We do this by reading fiction, poetry, and some manifestos. Second, we will focus on embodiment: how are body, self, and psyche distinguished for these authors?
84390. 1901-1939 Modernism 17.25 KB
  The movement known as English literary modernism grew out of a general sense of disillusionment with Victorian era attitudes of certainty, conservatism, and objective truth. The movement was greatly influenced by the ideas of Romanticism...
84391. 1940 to the 21st Century 14.67 KB
  Among British writers in the 1940s and 1950s were novelist Graham Greene whose works span the 1930s to the 1980s and poet Dylan Thomas, while Evelyn Waugh, W.H. Auden and T. S. Eliot continued publishing significant work.
84392. Samarkand, near to ruins of ancient capital of Sogdiana (modern Afrasiab) 30.18 KB
  Having united and subordinated the lands between Amu Darya and Syr-Darya, and also Fergana and Shash viloyat, Amir Temur began aggressive campaigns. For 35 years had lasted board of A.Temur (1370 - 1405) in Central Asia.
84393. Samarkand. Нistorical context 29.55 KB
  As Movarounnahr becomes the center of trade, economy and culture of Near and Middle East. Such ancient cities as Samarkand, Kesh, Bukhara, Termez, Tashkent, Merv, etc., which were destroyed by hordes of Chingizhan began to equip with modern conveniences.
84394. Zahiriddin Muhammad Bobur (1483-1530) 282.75 KB
  In 1494 when Bobur was only 12 years old, he became a ruler. In 1503–1504 he conquered Afghanistan. During 1519 – 1525s he tried to conquer India five times. He became the founder of Bobur’s Empire which lasted more than three centuries (1526-1858).
84395. Mirzo Ulugh Beg (1394-1449) 437.58 KB
  Ulugh Beg 1394-1449 Tartar Astronomer and Mathematician Ulugh Beg made Samarkand one of the leading cultural and intellectual centers of the world. In that city he established a madrasa (Islamic institution of higher learning) that emphasized astronomical studies.