Лабораторная работа № 16 (часть 2). Интерференция. Опыт Юнга

3. Краткая теория

Интерференцией световых волн называют сложение двух волн, в результате которого наблюдается усиление и ослабление результирующих световых колебаний в различных точках пространства.

В интерференционных схемах луч света приходит от источника света к точке наблюдения по двум различным путям. Результат интерференции зависит от разности оптических путей (разности хода ), пройденных этими лучами, и от длины световой волны . Если разность хода равна целому числу длин волн:  = m, наблюдается интерференционный максимум (светлая полоса).

При разности хода, кратной нечетному числу полуволн:  = (2m+1)/ 2, наблюдается интерференционный минимум (темная полоса).

Ширина _l наблюдаемых интерференционных полос на экране зависит от длины волны света  и от угла  между интерферирующими лучами. При симметричном расположении экрана по отношению к падающим лучам: l  .

Исторически первым интерференционным опытом, получившим объяснение на основании волновой теории света, явился опыт Юнга (1802 г.). В опыте Юнга свет от источника проходит через две близко расположенные щели. Световые пучки, расширяясь вследствие дифракции, падают на белый экран. В области перекрытия световых пучков наблюдаются интерференционные полосы.

Если расстояние между двойной щелью и экраном, на котором наблюдается интерференционная картина, равно L, а расстояние между щелями равно d, то угол  схождения лучей на экране равен  = d / L (при d<<L) и, следовательно, ширина интерференционных полос

l = L /d .

Измеряя ширину полос l , Юнг впервые измерил длины волн световых лучей разного цвета.

4. Исследование интерференционной картины в опыте Юнга

Компьютерная модель, которая используется в работе, соответствует установке для наблюдения опыта Юнга.

Контрольное задание 2

Теперь вам необходимо выполнить вариант задания, указанный преподавателем, из следующего списка. Полученные результаты необходимо занести в лабораторную тетрадь.

Вариант 1.

Расстояние между двумя когерентными источниками света ( = 380 нм) равно d = 2 мм, а расстояние от источников до экрана L = 4 м. Определить расстояние l между светлыми полосами на экране в средней части интерференционной картины.

Вариант 2.

Расстояние между двумя щелями в опыте Юнга d = 1,5 мм, расстояние от щелей до экрана L = 4 м, расстояние между максимумами яркости смежных интерференционных полос на экране l =1,01 мм. Определить длину волны  источника монохроматического света.

Вариант 3.

Во сколько раз увеличится расстояние l между соседними интерференционными полосами на экране в опыте Юнга, если зеленый светофильтр ( = 500 нм ) заменить красным ( = 650 нм )?

Вариант 4.

В опыте Юнга отверстия освещались монохроматическим светом длиной волны  = 400 нм, расстояние между отверстиями d = 3 мм и расстояние от отверстий до экрана L = 4 м. Найти положение трех первых светлых полос относительно нулевой.

Вариант 5.

Во сколько раз в опыте Юнга нужно изменить расстояние до экрана d, чтобы 2-я светлая полоса новой интерференционной картины оказалась на том же расстоянии от нулевой, что и 1-я светлая в прежней картине?

Вариант 6.

Расстояние между щелями в опыте Юнга d = 2,5 мм и  = 600 нм. Каково расстояние между соседними светлыми полосами l на экране, если расстояние от щелей до экрана равно L = 4 м?

Вариант 7.

В опыте Юнга берется вначале монохроматический свет с длиной волны ₁, затем - _ ( ₂ > ₁). При каком значении d 1-я светлая полоса сместится на 0,26 мм? Измерения провести для ₁= 500 нм и ₂=700 нм.

Вариант 8.

В опыте Юнга вначале берется свет с длиной волны ₁ = 760 нм, а затем ₂. Какова длина волны во втором случае, если 1-я светлая полоса в первом случае совпадает со 2-й светлой во втором?

Вариант 9.

Найти длину волны  монохроматического излучения, если в опыте Юнга расстояние первого интерференционного максимума от центральной полосы l =1,06 см. Данные установки: L = 4 м, d = 1,7 мм.

Вариант 10.

Во сколько раз в опыте Юнга нужно изменить расстояние до экрана d, чтобы 2-я темная полоса новой интерференционной картины оказалась на том же расстоянии от нулевой, что и 1-я темная в прежней картине?

Вариант 11.

В опыте Юнга вначале берется свет с длиной волны ₁ = 760 нм, а затем _. Какова длина волны во втором случае, если 1-я темная полоса в первом случае совпадает со 1-й светлой во втором?

Вариант 12.

Во сколько раз увеличится расстояние l между соседними интерференционными полосами на экране в опыте Юнга, если фиолетовый светофильтр ( = 400 нм) заменить желтым ( = 600 нм)?

Теперь можно перейти к третьей части лабораторной работы.