max2

min2

14.5Зміст звіту

1.Розрахунок ширини щілини b по результатам експерименту.

2.Розрахунки кутового розташування максимумів та мінімумів дифракції.

3.Графік залежності I = f (ϕ), побудований у відносних одиницях.

Контрольні запитання і завдання

1.Сформулювати принцип Гюйгенса-Френеля.

2.Записати формулу, яка визначає зміст принципу Гюйгенса-Френеля.

3.Охарактеризувати дифракцію Фраунгофера на щілині.

4.Охарактеризувати дифракцію Френеля на круглому отворі.

5.Які промені називаються таутохронними?

6.Яка хвиля називається плоскою?

7.Яка хвиля називається сферичною?

8.Яким умовам задовольняють просторові зони методу зон Френеля?

9.Записати умову максимумів для дифракції на щілині.

10.Записати умову мінімумів для дифракції на щілині.

11.Що таке оптична різниця ходу двох променів?

12.Що таке різниця фаз двох хвиль?

15ВИЗНАЧЕННЯ ВІДСТАНІ МІЖ ДВОМА ЩІЛИНАМИ

УДОСЛІДІ ЮНГА

15.1Мета роботи: визначити відстань між двома щільними джерелами монохроматичного випромінювання з використанням явища інтерференції світла.

15.2Методичні вказівки по організації самостійної роботи

81

Для вивчення явища інтерференції світла і його використання вивчити теоретичний матеріал [4, с. 336-365].

Явище інтерференції спостерігається тільки при суперпозиції хвиль, які поширюються від когерентних джерел. Когерентними називають джерела, від яких хвилі досягають кожної точки простору з постійною різницею фаз.

За нашою схемою досліда Юнга у якості монохроматичного джерела використовується випромінювання лазера. На рисунку 15.1 зображені напівкруглі перетини хвильових поверхонь хвиль, дифрагованих згідно з принципом Гюйгенса на двох щілинах О1 і О2 , які дають при суперпозиції на екрані в точці Р максимум інтенсивності Im, де m відповідає порядку даного максимуму.

Рисунок 15.1

Максимум Im в точці Р реалізується при умові, що різниця оптичних шляхів двох променів відповідає рівнянню:

де m = 0,1,2,3….. – порядок максимуму Різницю ходу променів можна подати у вигляді дробу

де S22 −S12 ≈2 xm d отримано у наближенні L>>d із трикутників:

82

вигляді

S2 − S1 = dL xm ,

Прирівнювання правих частин виразів (15.1) і (15.2) дозволяє записати вираз для розрахунку координати максимуму m –го порядку при дифракції світла на двох щілинах:

З виразу (15.3) можна отримати відстань між щілинами.

15.3 Опис лабораторної установки

Експериментальна установка включає (рис.15.2) оптичну лаву, на якій встановлені: лазер (1) - джерело плоскої світлової хвилі, рейтер з тест-обєктом, на якому 2 щілини (2); екран (3) для вимірювання положення дифракційних максимумів.

83

1- лазер; 2 – тест-обєкт з 2-ма щілинами; 3 – екран фотодіодного вимірювача

Рисунок 15.2

Для вимірювання екран можна замінити фотодіодним цифровим вимірювачем яскравості світла вздовж горизонтальної вісі Х, яка перпендикулярна променю.

15.4 Порядок виконання роботи і методичні вказівки

1.Встановити з одного боку оптичної лави лазер і рейтер з тестовим зразком, на якому нанесені щілини. З іншого боку встановити екран.

2.Увімкнути лазер і сполучити вісі елементів з оптичною віссю установки.

3.Виконати вимірювання відстані L координат xm кількох дифракційних максимумів на екрані, починаючи з максимуму нульового порядку.

4.За формулою 15.4 визначити відстань між щілинами. Оцінити похибку вимірювання цієї величини.

5.Визначити координати дифракційних мінімумів. Підрахувати ширину дифракційних максимумів нульового і інших порядків за формулою:

x = xm+1 − xm = dλ L .

16.5 Зміст звіту

84

1.Розрахунок відстані між щілинами за результатами експерименту.

2.Оцінка похибки.

3.Визначення координат дифракційних мінімумів і ширини дифракційних максимумів нульового і інших порядків.

Контрольні запитання і завдання

1.Яке випромінювання називають монохроматичним?

2.Які джерела хвиль називають когерентними?

3.Які хвилі називають когерентними?

4.Сформулювати принцип Гюйгенса.

5.У чому зміст явища інтерференції?

6.Записати закон інтерференції.

7.Як визначити інтенсивність світлової хвилі?

8.Сформулювати принцип Ферма.

9.Яка різниця між геометричним і оптичним шляхами променя?

10.Що таке різниця фаз інтерферуючих променів?

11.Яка умова мінімуму у досліді Юнга?

12.Які умови інтерференції світла при відбитті від тонких прозорих плі-

вок?

85

Додаток А

Опис монохроматора УМ-2.

Призмовий монохроматор УМ-2 призначений для спектральних досліджень у діапазоні довжин хвиль від 0.38 до 1,00 мкм. Будова приладу показана на рисунку, де

1 - вхідна щілина;

2 - мікрометричний гвинт для регулювання ширини щілини;

3- коліматорний об’єктив;

4- гвинт, що дозволяє зміщувати об’єктив відносно щілини при фокусуванні спектральних ліній різних кольорів;

5- складна спектральна призма:

6- поворотний столик, на якому розташована призма 5;

7- мікрометричний гвинт, за допомогою якого навколо вертикальної осі обертається призма 5. Гвинт 5 зв’язаний з відрахунковим барабаном, на якому нанесена гвинтова доріжка з градусними поділками. Повздовж доріжки ковзає вказівник повороту барабана. При обертанні барабана призма 5 обертається і в полі зору (через окуляр) з’являються різні відрізи спектра:

8- зорова труба:

9- об’єктив, що дає зображення щілини 1 у своїй фокальній площині:

10- окуляр;

86

11 - візир, розташований у фокальній площині, який дозволяє точно настроїтись на розглядувану лінію;

12 - корпус приладу, що охороняє його від забруднень і ушкоджень.

На оптичній лаві розташовані джерело світла Л і конденсор К, який використовується для концентрації світла на вхідній щілині. Джерело світла рекомендується розташовувати на відстані 40-50 см від щілини, а конденсор -на відстані 1315 см від джерела - в цьому випадку світловий пучок добре заповнює призму.

Монохроматор УМ-2 - точний прилад і потребує акуратного і дбайливого ставлення.

Фокусування приладу: переміщуючи окуляр 10, слід отримати різке зображення візира 11. Освітлюючи вхідну щілину приладу І, знайти спектральні лінії і досягти за допомогою гвинта 4 чіткого зображення.

Відрахунок положення спектральної лінії: ширина вхідної щілини встановлюється по можливості малою (0,02-0,03 мм) за допомогою мікрогвинта 2. Для спостереження слабких ліній у фіолетовій області щілину необхідно збільшити (0,05-0,06 мм). Центр лінії поєднується з вістрям візиру 11, відрахунок проводиться за поділками кута барабана. В зв'язку з існуванням вільного ходу барабана вимірювання слід проводити при обертанні барабана в одному напрямку. Якщо необхідно повернутися назад, то потрібно обернути барабан у зворотному напрямку на четверть повороту, а потім повільно підійти до вимірюваної лінії.

87

Додаток Б

88

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ

1.Савельев И.В. Курс общей физики. – М.: Наука, 1982. – Т.3. – 304 с.

2.Гольдин Л.Л. Лабораторные занятия по физике.– М.: Наука, 1983.–704 с.

3.Ландсберг Г.С. Оптика. – М.: Наука, 1976. – 926 с.

4.Савельев И.В. Курс общей физики. – М.: Наука, 1982. – Т. 2. – 480 с.

5.Кортнев А.В., Рубльов Ю.В., Куценко А.Н. Практикум з фізики. М., Вища школа, 1963.

Додаткові джерела

1.Иверонова В.И. Физический практикум. Электричество и оптика. – М.:

Наука, 1968. –815 с.

2.Ищенко Е.Ф., Климков Ю.М. Оптические квантовые генераторы. – М.:

Сов. Радио, 1968. – 472 с.

3.Солоухин Р.И. Методы физических измерений. – Новосибирск: Наука, 1975. – 292 с.

4.Шпольский Э.В. Атомная физика. – М.: Наука, 1974. Т.1. – 575 с.

5.Шпольский Э.В. Атомная физика. – М.: Наука, 1974. Т.2. – 575 с.

6.Герцрберг Г.В. Электронные спектры и строение многоатомных моле-

кул. – М.: Мир, 1969. – 772 с.

7.Мухин К.Н. Экспериментальная ядерная физика. – М.: Атомиздат, 1974.

–Т.1. – 584 с.

8.Ершов В.С. Внедрение международной системы единиц. – М.: Изд-во стандартов, 1986. – 295 с.

9.Государственный комитет СССР по стандартам. Методические указания (внедрение и применение ГОСТ 8.417-81 “ГСИ. Единицы физических величин”

вобласти ионизирующих излучений. РД 50-454-84). – М.: Изд-во стандартов, 1984. – 34 с.

89

90