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

63 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

75438. Переваги та недоліки ємнісних давачів 263 KB
  При цьому можливий монтаж і обслуговування ВБЄ зовні резервуарів і бункерів. Можливе застосування штирових ВБЄ для контролю протікання рідини в трубах. ВБЄ застосовується також для підрахунку чи позиціонуванні різноманітних обєктів неметалевих матеріалів.
75439. Оптичні давачі. Безконтактний фотоелектричний давач 2.23 MB
  Фотодавачі складаються з джерела випромінювання фотоприймача перетворювача сигналу і підсилювача сигналу. У порівнянні з іншими типами давачів фотодавачі мають ряд переваг. Діапазон дії фотодавачів істотно перевершує індуктивні ємнісні магнітні й ультразвукові.
75440. Інфекційні захворювання 99.5 KB
  Сприйнятливість до інфекційних захворювань залежить від безлічі факторів: від віку перенесених і супутніх захворювань харчування вакцинації. За останні десятиліття в лікуванні інфекційних захворювань було зроблено величезний крок вперед. В останні роки були відкриті збудники раніше невідомих інфекційних захворювань з якими людина стикнувся в результаті зміни навколишнього середовища і міграції населення. Адже навіть просто вимиті вчасно руки після відвідин убиральні або по приходу з вулиці можуть врятувати вас від ряду кишковоінфекційних...
75441. Організація медичного захисту особового складу 219.5 KB
  Методика проведення: Штучне дихання: Потерпілого положити на тверду поверхню на спину. Однією рукою підтримують голову потерпілого в запрокинутому положенні стиснувши пальцями ніздрі другою підтримують наполовину відкритим його рот. Роблять вдих щільно прикладають рот через хустку бинт до рота потерпілого і вдувають повітря.
75442. Захист населення від надзвичайних ситуацій природного характеру. Радіаційна, хімічна і біологічна небезпека. Завдання та особливості дій підрозділів міліції 108.5 KB
  Захист населення від надзвичайних ситуацій природного характеру. Захист населення від надзвичайних ситуацій природного характеру. Засоби колективного захисту населення. Література: Закон України Про захист населення і територій від надзвичайних ситуацій техногенного та природного характеру.
75443. Єдина державна система запобігання і реагування на надзвичайні ситуації техногенного та природного характеру. Організаційна структура цивільної оборони МВС України 294 KB
  Основні завдання і рішення начальника функціональної підсистеми ОГП на проведення необхідних заходів. Основні завдання і рішення начальника функціональної підсистеми ОГП на проведення необхідних заходів. Відповідно до постанов Кабінету Міністрів України...
75444. Основні поняття про надзвичайні ситуації та оповіщення. Дії особового складу за сигналами ЦО. Небезпечні чинники виробничих аварій, їх вплив на екологічну безпеку та безпеку життя та здоров’я людей 123.5 KB
  Надзвичайний стан це особливий правовий режим який може тимчасово вводитися в Україні чи в окремих її місцевостях при виникненні надзвичайних ситуацій техногенного або природного характеру не нижче загальнодержавного рівня що призвели чи можуть призвести до людських і матеріальних втрат створюють загрозу життю і здоровю громадян або при спробі захоплення державної влади чи зміни конституційного ладу України шляхом насильства і передбачає надання відповідним органам державної влади військовому командуванню та органам місцевого...
75445. Цели и задачи управленческого учета в ИС Project Expert 28.5 KB
  Расчет группы финансовых коэффициентов и показателей характеризующих финансовое состояние предприятия: ликвидность активов и платежеспособности; финансовая устойчивость предприятия; деловая активность и эффективность управления; рентабельность; вероятность банкротства предприятия. Для общей оценки динамики финансового состояния предприятия необходимо сгруппировать статьи баланса в специфические группы по признаку ликвидности статьи актива и срочности обязательств статьи пассива. Она позволяет определить структуру имущества предприятия и...
75446. Анализ хозяйственной деятельности в системе 1С: Предприятие 23.5 KB
  Анализ хозяйственной деятельности в системе 1С: Предприятие Конфигурация Универсал: Анализ Хозяйственной Деятельности для 1С: Предприятия 8. Анализ себестоимости основного и вспомогательных производств по произвольно организованным статьям калькуляции. Анализ расхода материалов на производство по произвольно организованным номенклатурным группам. Специфические формы отчетности для сельскохозяйственного производства: анализ движения сельскохозяйственных животных птицы анализ работы автопарка и машиннотракторного парка МТП.