3.1 Юнг тәжірибесі

Сурет 32

Жарық көзі ретінде лазер сәулесімен жарықтандырылған екі саңылау қолданылады

14.1.1 Интерференцияны оқып-үйрену

Алдымен, сәуле саңылаудан өткеннен кейін жинақсыз болатындығына көз жеткізейік (осыған сәйкес құбылыс- дифракциямен соңынан танысамыз). Э1 жазықтығына ашылып-жабылатын раздвижной саңылауды орналастырайық (объект 25). Э3 қалқада жарық нүктенің орнына жайылған дақ пайда болады. Ол центрлік дифракциялық максимумнан және центрлік максимумның екі жағында орналасқан қосалқы максимумдар қатарынан тұрады. Дақтың өлшемі дифракцияның фундаментальді қатынасы арқылы анықталады: егер толқын ұзындығы болатын сәуле өлшемі болатын саңылаудан өтетін болса, онда дифракциялық жинақсыздық пайда болады. Ол дифракция бұрышымен анықталады, оның реттілігі жуықтап алғанда:

(41)

Бұл қатынасты центрлік макисмумның өлшемін өлшеу арқылы тексеріңіз. Микропроектордың ұлғайтуын ескеруді ұмытпаңыз.

Екі саңылауы бар қалқаны Э1 жазықтығына орналастырыңыз (объект 27 немесе 28). Саңылаудың біреуін ұқыппен ашып, жабу арқылы қағаз парақтың шетімен немесе қандай да бір қалқаның шетімен бір және екі саңылаудан пайда болатын қарқындылықтың үлестірілуін түсінуге тырысыңыз.

Бірінші және екінші саңылауды жеке-жеке ашатын болсақ, максимумының ені (41) формулаға сәйкес болатын қарқындылық үлестірілуін береді. Егер екі саңылауды бірдей ашатын болсақ, онда интерференциялық жолақтармен «кесілген» сурет пайда болады. Екі саңылау жағдайында сәулелердің қарқындылығы бір-бірімен қосылмайды – бұл интерференция құбылысы болып табылады.

Оптикалық скамья бойынша Э1 қалқасы бар модульді жылжыта отырып, сол арқылы -ді де өзгерте отырып (сурет 33), интерференциялық жолақтың ені (40) формулаға сәйкес өзгеретініне көз жеткізіңіз. Содан соң, (40) формуланы, саңылауларының арасындағы қашықтық әр түрлі болатын қалқаларды орналастыра отырып тексеріңіз.

14.1.2 Толқын ұзындығын өлшеу

-дің мәні максимал болғанда, қашықтығы әр түрлі болатын екі қалқа үшін интерференциялық жолақтың енін өлшеңіз. Ол үшін минимумдардың координаталарының айырымын (центрлік дифракциондық максимум маңында орналасқан бірнеше жолақ) жолақтардың санына бөліңіз. Объективті жылжыта отырып қондырғыны бейтоғыстап, сол арқылы микропроектордың объекттік жазықтығын жарықтандырып саңылауы бар қалқалардың параметрлерін өлшеңіз: саңылаулардың енін және олардың арасындағы қашықтықты . шамасы ретінде бір саңылаудың шетінен екінші саңылаудың шетіне дейінгі қашықтықты алыңыз. Сурет 34а Э3 қалқасында интерференциялық жолақтын енін өлшеу көрсетілген, ал сурет 34б саңылаулар арасындағы қашықтықты өлшеу көрсетілген.

(40) формуладан сәуленің толқын ұзындығын анықтаңыз.

Сурет 34а Сурет 34б

БАҚЫЛАУ ЭКСПЕРИМЕНТІ

Объект __________, =__________ мм, =650 мм.

Интерференциялық жолақтың енін өлшеу

Э3 қалқадағы: =___________мм, =___________мм, жолақтар саны =______.

Э2 жазықтығындағы жолақтың ені: .

Саңылаулар арасындағы қашықтықты өлшеу

Э3 қалқадағы: =___________мм, =___________мм, =___________мм.

Саңылаулар арасындағы қашықтық:

Саңылау ені:

Лазер сәулесінің толқын ұзындығы

Қондырғының паспорты бойынша

14.1.3 ҚАРҚЫНДЫЛЫҚТЫҢ ҮЛЕСТІРІЛУІ

Екі саңылаудан интерференциялық суретті алған соң, оны фотобергіштің терезесіне қарай жылжытыңыз да, әр 0,02мм сайын қарқындылықтың үлестірілуін өлшеп алыңыз. Дәл осындай өлшеулерді бір саңылау жағдайында жүргізіңіз. Графиктер құрып, нәтижелерді салыстырыңыз.

14.2 ФРЕНЕЛЬ ҚОС ПРИЗМАСЫ

Сурет 35а Сурет 35б

Қос призма дегеніміз – қырларының арасындағы бұрыш шағын болатын екі біріктірілген сына. (сурет 35а). Егер жарық шоғы қос призмаға түсетін болса, онда қос призмадан өткен сәулелер, мына бұрышқа таратылады. Егер жарық нүктелік жарық көзінен шығатын болса, онда қос призмадан өткен соң және жорамал жарық көздерінен шығатын жарық шоғын аламыз. Олардың арасындағы қашықтық:

(42)

Қос линзадан кейін Э2 қалқаны орналастырып (сурет 35б), кезектесіп келетін ашық және қара жолақтар түріндегі интерференциялық суретті бақылаймыз. Жолақтың ені:

(43)

Интерференция аумағының ені (қос призманың екі жартысынан өткен шоқтардың қиылысу аймағы):

(44)

Интерференция аумағындағы жолақтардың саны:

(45)

ЭКСПЕРИМЕНТ

Сурет 36

Тәжірибенің сұлбасы сурет 36-да келтірілген. Л1 кіріс линзасы (модуль5) «нүктелік жарық көзін» қалыптастырады, қос призма БП микропроектордың (модуль 3) Л2 линзасының Э2 объекттік жазықтығында интерференциялық картина береді. Бұл сурет фотоқабылдағыштың Э3 қалқасында ұлғайтылып бақыланады. Қос призма мен микропроектордың арасына О объективті орналастырайық. Сонда, Э1 жазықтығында қос призма қалыптастыратын, екі жорамал жарық көзінің кескіндері Э2 объекттік жазықтығында пайда болады. Осы кескіндер пайда болатын объективтің бір немесе екі орынын анықтауға болады. Өлшеуге ыңғайлы интерференциялық сурет тудыратын қос призманың орнын таңдап алыңыз. Өлшеу процесі кезінде қалқадағы кескінді ығыстыруды тұтқаның бұрандалары арқылы реттеуге болады.

Өлшеу жүргізу, алдында интерференциялық жолақтың ені мен жарық көздерінің арасындағы қашықтықтың қашықтықтарына қалай тәуелді екенін қарастырыңыз. Өлшеулер үшін ыңғайлы болатын параметрлерді таңдап алыңыз.

Фототіркегіштің қалқасында интерференциялық суретті алған соң, жолақтың енін (бірнеше жолақ түрінде пайда болған минимумдардың координаталарының айырымын жолақтар санына бөліңіз), интерференция аумағының енін , сондай-ақ бойлық қашықтықтарын өлшеңіз. Көлденең өлшемдерді анықтағанда микропроектордың ұлғайту коэффициентін ескеруді ұмытпаңыз.

қашықтықты өлшегенде, жорамал жарық көздерінің арасына объективті орнатып, фотоқабылдағыштың қалқасында жарық көздерінің кескінін алыңыз және кескіндер арасындағы қашықтықты өлшеңіз. -ты есептегенде тек микроскоптың ұлғайтуын ғана ескеріп қоймай, сонымен қатар объективтің де ұлғайтуын ескеріңіз («Геометриялық оптика» бөлімін қараңыз).

(43) формуладан жарықтың толқын ұзындығын анықтаңыз. Интерференциялық жолақтардың жалпы санын есептеңіз және (45) формуламен есептелген нәтижелерді эксперимент нәтижелерімен салыстырыңыз. Фототіркегіш көмегімен интерференциялық суреттегі қарқындылықтың үлестірілуін 0,02 мм сайын өлшеңіз. График құрыңыз.

Біз өлшеулер жүргізгенде қос призманың сыну көрсеткішін де, сындыру бұрышын да білу қажет болған жоқ. Осы шамаларды өлшеуге мүмкіндік беретін тәжірибелерді ұсыныңыз. Сіз ұсынған тәжірибелерді 1.4 және 6.2 тәжірибелерімен салыстырыңыз.

БАҚЫЛАУ ЭКСПЕРИМЕНТІ

Объект 11 (қос линза) =__________ мм, =650 мм, ___________ мм.