12796

ИЗУЧЕНИЕ ИНТЕРФЕРЕНЦИИ СВЕТА ОТ ДВУХ ЩЕЛЕЙ

Лабораторная работа

Физика

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 30 ИЗУЧЕНИЕ ИНТЕРФЕРЕНЦИИ СВЕТА ОТ ДВУХ ЩЕЛЕЙ Цель работы Определение расстояния между щелями с помощью интерференционных полос в опыте Юнга. Введение Интерференцией называется явление сложения суперпозиции колебаний возбуж...

Русский

2013-05-03

170 KB

58 чел.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 30

ИЗУЧЕНИЕ ИНТЕРФЕРЕНЦИИ СВЕТА

ОТ ДВУХ ЩЕЛЕЙ

Цель работы

Определение расстояния между щелями с помощью интерференционных полос в опыте Юнга.

Введение

Интерференцией называется явление сложения (суперпозиции) колебаний, возбужденных в некоторой точке пространства волнами, приходящими от нескольких когерентных источников. Рассмотрим два точечных когерентных источника S1 и S2, колебания которых происходят с одинаковой частотой , а разность начальных фаз колебаний равна нулю (источники синфазны). Пусть от источника S1 распространяются бегущие волны в среде 1 с показателем преломления n1, а от источника S2 – в среде 2 с показателем преломления n2 (рис. 1). На рисунке линия ОО1 – граница между этими прозрачными средами.

Рис. 1

На границе ОО1 выберем точку Р и определим условие минимума и максимума амплитуды результирующего колебания в этой точке пространства. Обозначим  Для электромагнитных волн (свет – электромагнитная волна) колебания вектора  от двух одинаковых источников 1 и 2 определяются выражениями:  и
– амплитуда гармонических колебаний,  – волновое число.

В точке наблюдения Р происходит сложение колебаний одинаковой частоты. Будем считать, что эти колебания происходят вдоль одного направления. Разность фаз колебаний в этой точке равна:

,

где  – волновое число;  – скорость распространения электромагнитной волны в среде с показателем преломления n;  – скорость этой волны в вакууме. Так как

,

где – волновое число для среды с n = 1 (вакуум),  длина волны в среде с n = 1, то разность фаз колебаний

определяет результирующее колебание в точке Р.

Величина  – оптический путь волны, разность этих величин для двух волн  – их оптическая разность хода, тогда . Из условия минимума при сложении колебаний , m = 0, 1, 2,…, получаем условие минимума при интерференции, выраженное через оптическую разность хода волн:  Условие максимума –  (колебания происходят в одной фазе) определяет условие максимума, выраженное через

Можно сказать, что при сложении колебаний в любой точке пространства результирующее колебание определяется величиной оптической разности хода волн.

Методика эксперимента

Рассмотрим монохроматическую световую волну (длина волны в вакууме ) с плоским фронтом, падающую на непрозрачный экран с двумя щелями (оптическая схема, близкая к схеме опыта Юнга). Пусть экран, где расположены щели может поворачиваться относительно точки О – середины расстояния d между щелями (рис.2) на некоторый угол .

Можно показать, что положение максимумов и минимумов интенсивности света на экране наблюдения, расположенном далеко от щелей (), совпадает с их положение для точечных источников S1 и S2, расположенных на таком же расстоянии друг от друга. Теорию интерференции волн от таких двух точечных источников мы и рассмотрим ниже.

Экран наблюдения (обычный лист бумаги) располагается на расстоянии ОА = L, отсчитываемом от точки О, х – координата точки наблюдения Р равна расстоянию АР.

Рис. 2

Оптическая разность хода лучей 1 и 2 от плоского фронта до щелей равна  а оптическая разность хода лучей 1 и 2 после прохождения щелей S1 и S2 равна . На экран лучи 1 и 2 приходят с разностью хода  Рассчитаем  Из прямоугольных треугольников S1 ВР и S2 CР:

,

,

.

При условии d, x << L,     :

 

 

или                              

Из условия максимума для интерферирующих лучей 1 и 2 –, где получим  — координаты точек экрана с максимальной интенсивностью света. Расстояние между соседними максимумами равно   Измеряя  между серединами ярких полос, можно рассчитать

Задание к работе

1. Подготовьте к работе и включите лабораторную установку (см. приложение). Для угла поворота (рис. 2) определите расстояние между серединами интерференционных максимумов

2. Опыт повторить для трех значений угла поворота. Определите размер , предварительно измерив расстояние L до экрана для каждого значения  и соответствующие ему значения угла. Длина волны лазерного излучения  указана на установке.

3. Рассчитайте среднее значение d и погрешность измерения , считая (приближенно) измерение d прямым. Доверительная вероятность Р = 95 %. Занесите данные в таблицу измерений.

Контрольные вопросы

1. Какими условиями определяется когерентность волн?

2. Роль когерентности волн при интерференции.

3. Каким образом разность фаз колебаний связана с оптической разностью хода лучей?

4. Условия максимумов и минимумов при интерференции волн.

5. Схема установки и порядок выполнения работы.

Список литературы

1. Савельев И.В. Курс общей физики. – М.: Наука, 1988. – Т. 2.

2. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Курс физики. – М.: Высшая школа, 1982. – Т. 3.

PAGE  3


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

20500. Трикутні матриці (верхня та нижня) і їх розклад на добуток двох трикутних 37 KB
  Трику́тна ма́триця матриця в якій всі елементи нижче або вище за головну діагональ рівні нулю. Верхньотрикутна матриця квадратна матриця в якій всі елементи нижче за головну діагональ дорівнюють нулю. Нижньотрикутна матриця квадратна матриця в якій всі елементи вище за головну діагональ дорівнюють нулю. Унітрикутна матриця верхня або нижня трикутна матриця в якій всі елементи на головній діагоналі дорівнюють одиниці.
20501. Форми, типи форм, обчислення в формах 33 KB
  Робота з формами може відбуватися в трьох режимах: у режимі Форми в режимі Таблиці в режимі констриктор. типи форм В Access можна створити форми наступних видів: форма в стовпець або повноекранна форма; стрічкова форма; таблична форма; форма головна підпорядкована; зведена таблиця; формадіаграма. Форма в стовпець є сукупністю певним чином розташованих полів введення з відповідними їм мітками і елементами управління.
20502. Маніпулювання даними, операції над схемою бази даних за допомогою мови SQL 27.5 KB
  Маніпулювання даними операції над схемою бази даних за допомогою мови SQL Для маніпулювання данними виділяють такі групи команд SQL:Команди мови визначення даних DDL Data Definition Language. DDL Data Definition Language мова визначення даних це підмножина SQL що використовується для визначення та модифікації різних структур даних.До даної групи відносяться команди призначені для створення зміни та видалення різних об'єктів бази даних. Команди CREATE створення ALTER модифікація і DROP видалення мають...
20503. Матриця суміжності та матриця інцидентності 28 KB
  Матриця суміжності графа G зі скінченною кількістю вершин n пронумерованих числами від 1 до n це квадратна матриця A розміру n в якій значення елементу aij рівне числу ребер з iї вершини графа в jу вершину. Матриця суміжності простого графа що не містить петель і кратних ребер є бінарною матрицею і містить нулі на головній діагоналі. Матриця суміжності неорієнтованого графа симетрична а значить володіє дійсними власними значеннями і ортогональним базисом з власних векторів.
20504. Метод ітерації (метод послідовних наближень) 88 KB
   Суть методу полягає у заміні початкового рівняння 4.18 еквівалентним йому рівнянням 4.19 Постановка задачі Нехай задано рівняння де неперервна нелінійна функція. Потрібно визначити корінь цього рівняння який знаходиться на відрізку з заданою похибкою .
20505. Метод послідовних наближень (метод ітерацій) для розв’язку системи лінійних рівнянь 91 KB
  11 пошуку розвязку системи с заданою похибкою відповідно теоремі про збіжність.11 виконується то ітераційний процес пошуку розвязку системи с заданою похибкою збігається і метод послідовних наближень можна використовувати.13 що легко розвязується для знаходження вектора розвязку першого наближення тому що в правої частині містить всі визначені елементи.
20506. Мова запитів SQL. Огляд її можливостей 27 KB
  Він по суті містив тільки пропозиція SELECT яке дозволяло формулювати запити для вибірки даних з бази. Потім мова була доповнено двома іншими компонентами необхідними для роботи з базами даних. Перший з них компонент для визначення структури бази даних які в термінології теорії баз даних називаються мовою визначення даних МВД. Другий засоби що дозволяють заповнювати базу даних змінювати їх і видаляти.
20507. Моделі подання знань.Вимоги до моделей подання знань 26.5 KB
  Моделі подання знань.Вимоги до моделей подання знань Подання знань це множина синтаксичних і семантичних угод що роблять можливим формальне вираження знань про предметну галузь у компютерноінтерпретованій формі. Найрозповсюдженішими є такі моделі представлення знань: логічні моделі продукційні моделі фреймові моделі семантичні мережі. До основних вимог подання знань належать: Лаконічність зміст друкованих знаків.
20508. Неорієнтовані та орієнтовані графи 27 KB
  Граф це сукупність об'єктів із зв'язками між ними. Об'єкти розглядаються як вершини або вузли графу а зв'язки як дуги або ребра. Для різних областей використання види графів можуть відрізнятися орієнтовністю обмеженнями на кількість зв'язків і додатковими даними про вершини або ребра.