Порядок виконання роботи

Перша частина (визначення b)

1. Увімкнути лазер. Поставити на шляху променя біпризму Френеля на відстані 17-18 см від вихідного вікна лазератак, щоб її ребро проходило через центр пучка. Тоді він роздвоїться, і на екрані можна буде спостерігати дві світлові плями.

2. Виміряти відстань АВ між зображеннями, що дає біпризма Френеля не екрані, та відстань ОО₁ від зображення до біпризми (рис. 5.1.3).

3. Розрахувати відстань b між уявними джерелами за формулою (5.1.6).

4. Результати вимірювань та розрахунків записати в табл. 5.1.1.

Таблиця 5.1.1

АВ, м	ОВ=АВ/2, м	SO1, м	tgα	b, м

Друга частина (визначення )

1. Встановити біпризму Френеля на оптичну лаву (рис. 5.1.4) так, щоб її ребро було вертикальним і паралельним щілині. За біпризмою на відстані 20..30 см від неї розмістити окулярний мікрометр OK.

2. Повертати біпризму BF за та проти годинникової стрілки для досягнення чіткості інтерференційної картинки. Для найкращого співвідношення яскравості та чіткості картини змінювати ширину щілини С.

3. Виміряти відстань від щілини до об’єктива мікрометра L (рис. 5.1.4).

4. Визначити ціну поділки мікрометричної шкали в окулярі.

5. Визначити за допомогою шкали окулярного мікрометра OK відстань ліворуч та праворуч від центральної незабарвленої смуги до першої (m₁ = 1) та другої (m₂ = 2) зеленої компоненти смуги. Знайти середнє значення для для кожного максимуму.

6. Повторити п. 5 для червоної смуги.

7. За формулою (5.1.5) розрахувати довжину хвилі зеленого та червоного кольору для кожного максимуму та знайти їхнє середнє значення.

8. Результати вимірювань та розрахунків записати в табл. 5.1.2.

Таблиця 5.1.2

, м

, м

, м

, м

, м

, м

, м

1

2

Контрольні запитання

1. Яке оптичне явище називають інтерференцією?

2. Що таке хвильовий фронт?

3. Які джерела називають когерентними?

4. Що таке довжина когерентності? Яку величину називають радіусом когерентності?

5. Що таке оптична довжина шляху та оптична різниця ходу?

6. Яким чином та за яких умов виникають інтерференційні максимуми та мінімуми?

7. Побудуйте хід променів у біпризмі Френеля.

8. Яким чином виникають кольори тонких плівок?

9. Чи зміниться ширина інтерференційних смуг у разі наближення окулярного мікрометра до біпризми?

10. Які методи отримання інтерференції вам відомі?

11. Наведіть приклади інтерференційних картин у природі.

Лабораторна робота № 5.2.Визначення довжини світлової хвилі за допомогою дифракційних ґрат

Мета роботи:вивчити явище дифракції; визначити за допомогою дифракційних ґрат довжину світлової хвилі; визначити товщину люд-ської волосини за дифракційною картиною.

Вказівки до виконання роботи

Для виконання роботи потрібно засвоїти такий теоретичний матеріал: дифракція хвиль; дифракція в паралельних променях; дифракційні ґрати та їхні характеристики.

Література: [1, т.3 §§ 4.1–4.5; 2, §§ 176–181; 3, §§ 12.4–12.6; 4, т.2 §§ 125–130].

Перед виконанням ознайомитись з вказівками до роботи № 5.1.

Дифракцією називають явища, пов’язані з огинанням хвилями перешкод, які трапляються на їхньому шляху, або, в більш широкому розумінні, явища, пов’язані з будь-яким відхиленням від законів геометричної оптики в процесі поширення світла. Для пояснення явища дифракції Гюйгенс сформулював принцип, згідно з яким кожна точка простору, до якої доходить хвильовий фронт, стає центром вторинних когерентних хвиль, а огинаюча цих хвиль дає положення хвильового фронту в наступний момент часу.

Френельдоповнив принцип Гюйгенса ідеєю інтерференції вторинних хвиль. Він запропонував поділити сферичний хвильовий фронт на зони таким чином, щоб відстань від країв зон (когерентних джерел хвиль) до точки спостереження М (рис. 5.2.1) відрізнялась на. Тоді залежно від кількості зонв точці М може спостерігатись посилення або послаблення інтенсивності хвиль в разі їхнього накладання.

Якщо ширина перешкоди (наприклад, щілина) дорівнює b, відстань від неї до точки спостереження – l, а довжина хвилі –, то параметрвизначає число зон Френеляm, які відкриває ця перешкода. Отже, дифракцію можна спостерігати лише тоді, колиm<<1 (дифракція Фраунгофера), або заm~ 1 (дифракція Френеля). Якщоm>>1, то справджуються закони геометричної оптики.

Найбільше практичне значення має дифракція, яку спостерігають в паралельних променях (дифракція Фраунгофера) під час проходження світла через одномірні дифракційні ґрати (рис. 5.2.2).

Дифракційні ґрати – це система паралельних щілин однакової ширини, які лежать в одній площині і розділені однаковими за шириною непрозорими проміжками. Якщо а– ширина непрозорої частини, аb– ширина прозорої щілини, то сума d=b +aмає назву сталої (періоду) дифракційної решітки.

Якщо кількість прозорих щілин грат на одиниці довжини lбудеN(число штрихів), то сталу дифракційних ґрат знаходять за співвід-ношенням:. (5.2.1)

Нехай на дифракційні ґрати падає плоска світлова хвиля (рис. 5.2.1). Згідно з принципом Гюйгенса – Френеля кожна точка цього фронту є джерелом вторинних сферичних когерентних хвиль. Внаслідок цього усі точки кожної щілини випромінюють сферичні хвилі. Візьмемо, наприклад, точки, що лежать біля країв усіх щілин і розглянемо промені, які виходять під кутом до напряму поширення плоскої хвилі (кути дифракціїбудемо вважати малими). Освітленість у точці 0 на екрані буде результатом інтерференції усіх променів. З рис. 5.2.1 видно, що між променями 1 та 2 виникає різниця ходу:

.

Якщо на цій різниці ходу вкладається ціле число довжини хвиль, виникає інтерференційний максимум. Таким чином, умовою основних дифракційних максимумів є:

, (5.2.2)

де − сталаґрат; − кут дифракції;− порядок дифракційного максимуму;− довжина світлової хвилі.