42342

Изучение явления интерференции света от двух когерентных источников в опыте Юнга

Лабораторная работа

Физика

Параллельный световой пучок освещает тестобъект 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. Свет лазера проходя через пару щелей падает на экран 3 на котором и проводятся измерения ширины интерференционной полосы х. Провести пять измерений ширины интерференционных полос для каждой из пар щелей.

Русский

2013-10-29

106 KB

40 чел.

Лабораторная работа 7.3

Изучение явления интерференции света

от двух когерентных источников в опыте Юнга.

Библиографический список

  1.  Савельев И.В. Курс общей физики. – М.: Наука, 1978,    т. 2.
  2.  Трофимова Т.И. 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 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, -оптическая разность хода лучей.

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

,    (1)

где показатель преломления среды, 0 – длина волны света в вакууме.

Отсюда следует, что если в оптической разности хода укладывается целое число длин волн , то разность фаз оказывается кратной 2, 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.

Описание лабораторной установки

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 интерференционной полосы (х).

Порядок выполнения работы

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

Таблица 1.

изм.

xi, мм

1 пара

щелей

2 пара

щелей 

3 пара

щелей 

4 пара

щелей 

1

2

3

4

5

  1.  Измерить с помощью линейки расстояние L между экраном и тест-объектом и записать его в лабораторном журнале
  2.  По результатам измерений, зная длину волны излучения лазера ( = 632,8 нм) рассчитать расстояние между щелями по формуле:

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

Таблица 2.

№ пары

щелей

1

2

3

4

, м

  1.  Рассчитать погрешности измерений.
  2.  Окончательный результат записать в виде:

.

Контрольные вопросы

Что такое интерференция?

При каком условии можно наблюдать интерференционную картину?

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

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).

В опыте Юнга вначале берется свет с длиной волны
λ
1 = 600 нм, а затем λ2. Какова длина волны во втором случае, если 7-я светлая полоса в первом случае совпадает с 10-й темной во втором?

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.

PAGE  20


d

L

A

C

S

S1

S2

Рис. 1

x

0

C

L

B

S2

S1

s2

s1

d/2

d/2

x

d

Рис. 2

Р

Рис. 3

1

2

3

4


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

4376. Основы языка Си и элементы C++ 326.96 KB
  Основы языка Си и элементы C++ Создание проекта в Microsoft Visual Studio Для разработки программ в среде Microsoft Visual Studio и Microsoft Visual Studio Express следует создать так называемый проект или решение....
4377. Операции и выражения в программировании 88.34 KB
  Операции и выражения Операторы В данной теме мы зададимся вопросом: Из чего состоят программы Если посмотреть на программный код, то в нем можно увидеть различные слова, знаки, цифры. Каждый из этих элементов несет вполне конкретную смысловую наг...
4378. Основы языка Java 1.36 MB
  Основы языка Java Задание Установка Java Runtime Environment и интегрированной среды разработки Eclipse. Введите jre в поисковой системе и выберите первую сверху ссылку. Выберите Download JRE. Примите лицензионное соглашение и выбери...
4379. Язык программирования Си. Лекции 580 KB
  Язык Си создан в начале 70х годов Дэнисом Ритчи в Bell Telephone Laboratories для ОС UNIX. Предшественником Си является язык Би, созданный Кэном Томпсоном, который в свою очередь имеет корни в языке Мартина Ричардсона BCPL. В 1978 г. Брайн Керниган ...
4380. Введение в программирование на С++ 427 KB
  Введение в программирование на С++ Цель: получить основы программирования на С++ ознакомится с созданием простейшей программы в консольном режиме понять что такое переменная и её назначение, научится выводить информацию на экран. Теоретический мат...
4381. Переменные. Константы. Типы данных. Операции в С++ 74.5 KB
  Переменные. Константы. Типы данных. Операции в С++ Цель: понимать, что такое типы данных, уметь правильно выбрать тип данных для используемой переменной, знать какой объем памяти приходится на каждый тип данных знать, что такое константы уметь пра...
4382. Программирование арифметических выражений на С++ 176.5 KB
  Программирование арифметических выражений на С++ Цель: усвоить, что такое линейные алгоритмы научиться создавать блок-схемы ознакомиться с математическими функциями. Теоретический материал В С++ можно делать различные математические расчёты, поэто...
4383. Операторы выбора в С++ 96 KB
  Операторы выбора в С++ Цель: понимать как работают операторы выбора, для чего используются и какой их синтаксис написания. Теоретический материал Операторы выбора — это операторы управления потоком выполнения программы. К операторам выбора отно...
4384. Основные понятия программирования на С++. Алгоритмы 67.87 KB
  Основные понятия программирования на С++. Алгоритмы Языки программирования Компьютер работает по программам, которые составляет для него человек. Человек пишет программы, пользуясь языками программирования. За последние несколько десятилетий языки п...