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

81579. Биохимия возникновения и проведения нервного импульса. Молекулярные механизмы синаптической передачи 109.17 KB
  Молекулярные механизмы синаптической передачи Большинство исследователей придерживаются мнения что явления электрической поляризации клетки обусловлены неравномерным распределением ионов К и Nпо обе стороны клеточной мембраны. Мембрана обладает избирательной проницаемостью: большей для ионов К и значительно меньшей для ионов N. При определенных условиях резко повышается проницаемость мембраны для ионов N. Объясняется это тем что количество ионов N выкачиваемых из клетки с помощью натриевого насоса не вполне точно уравновешивается...
81580. Медиаторы: ацетилхолин, катехоламины, серотонин, γ-аминомаслянная кислота, глутаминовая кислота, глицин, гистамин 107.74 KB
  γАминомасляная кислота выполняет в организме функцию ингибирующего медиатора центральной нервной системы. Действие ГАМК в ЦНС осуществляется путём её взаимодействия со специфическими ГАМКергическими рецепторам Глутаминовая кислота является нейромедиаторной аминокислотой одним из важных представителей класса возбуждающих аминокислот. Эндогенные лиганды глутаминатных рецепторов глутаминовая кислота и аспарагиновая кислота.
81581. Нарушения обмена биогенных аминов при психических заболеваниях. Предшественники катехоламинов и ингибиторы моноаминооксидазы в лечении депрессивных состояний 108.33 KB
  Предшественники катехоламинов и ингибиторы моноаминооксидазы в лечении депрессивных состояний. Например резерпин – понижающее артериальное давление средство специфически тормозит процесс переноса катехоламинов в специальные гранулы нейронов и тем самым делает эти амины доступными действию эндогенной МАО. Многие антидепрессанты вещества снимающие депрессию увеличивают содержание катехоламинов в синаптической щели т. К таким веществам в частности относятся имипрамин блокирует поглощение норадреналина нервными волокнами амфетамин...
81582. Физиологически активные пептиды мозга 109.08 KB
  Нейропептиды осуществляют контроль за экспрессией вторичных клеточных мессенджеров, цитокинов и других сигнальных молекул, а также за запуском генетических программ апоптоза, антиапоптозной защиты, усиления нейротрофического обеспечения. Такие регуляторные (модуляторные) влияния устраняют общую дезинтеграцию во взаимодействии сложных и часто разнонаправленных молекулярно-биохимических механизмов
81583. Предмет и задачи биологической химии. Обмен веществ и энергии, иерархическая структурная организация и самовоспроизведение как важнейшие признаки живой материи 106.91 KB
  Обмен веществ и энергии иерархическая структурная организация и самовоспроизведение как важнейшие признаки живой материи. Она изучает химическую природу веществ входящих в состав живых организмов их превращения а также связь этих превращений с деятельностью клеток органов и тканей и организма в целом. Из этого определения вытекает что биохимия занимается выяснением химических основ важнейших биологических процессов и общих путей и принципов превращений веществ и энергии лежащих в основе разнообразных проявлений жизни. Важнейшим...
81584. Гетеротрофные и аутотрофные организмы: различия по питанию и источникам энергии. Катаболизм и анаболизм 106.04 KB
  Живые клетки постоянно нуждаются в органических и неорганических веществах а также в химической энергии которую они получают преимущественно из АТФ АТР. Гетеротрофы например животные и грибы зависят от получения органических веществ с пищей. Так как большая часть этих питательных веществ белки углеводы нуклеиновые кислоты и липиды не могут утилизироваться непосредственно они сначала разрушаются до более мелких фрагментов катаболическим путем. Процесс обмена веществ определяется двумя сопряженными процессами: анаболизма и...
81585. Многомолекулярные системы (метаболические цепи, мембранные процессы, системы синтеза биополимеров, молекулярные регуляторные системы) как основные объекты биохимического исследования 103.39 KB
  Метаболическая цепь состоящая из реакций протекающих внутри одной системы называется внутренней. Следствием такого пересечения является возникновение метаболической сети биологической системы. Молекулярные регуляторные системы системы направленные на поддержание гомеостаза.
81586. Уровни структурной организации живого. Биохимия как молекулярный уровень изучения явлений жизни. Биохимия и медицина (медицинская биохимия) 105.42 KB
  Биохимия как молекулярный уровень изучения явлений жизни. Жизнь имеет следующие уровни организации: Молекулярный уровень отражает особенности химизма живого вещества а также механизмы и процессы передачи генной информации Клеточный и субклеточный уровни отражают особенности специализации клеток а также внутриклеточные структуры. Организменный и органнотканевый уровни отражают признаки отдельных особей их строение физиологию поведение а также строение и функции органов и тканей живых существ Популяционновидовой уровень ...
81587. Основные разделы и направления в биохимии: биоорганическая химия, динамическая и функциональная биохимия, молекулярная биология 103.21 KB
  Биохимия включает в себя: Биоорганическая химия изучает вещества лежащие в основе процессов жизнедеятельности в непосредственной связи с познанием их биологической функции. Основные объекты БОХ биополимеры превращения которых составляют химическую сущность биологических процессов и биорегуляторы которые химически регулируют обмен веществ. БОХ занимается получением этих веществ в химически чистом состоянии установлением строения синтезом выяснением зависимостей между строением и биологическими свойствами изучением химических...