Измерения и вычисления. Вывод: изучил явление интерференции, определил расстояние между щелями по интерференционной картине в схеме опыта Юнга

Г=H/h

H= 1 мм

H= 22 мм

Г=22/1=22

L₁= 18 мм

L₂= 178 мм

∆x₁=7 мм

∆x₂= 6.5 мм

∆xср= (∆x₁+∆x₂)/2=(7+6.5)/2= 6.75

∆x=∆xср/Г

∆x= 6.75/22= 0.31

d=(L₁+L₂)/∆x•λ=(18+178)/0.31•632.8•10⁻⁹=400094.128•10⁻⁹=0.4 мм

Вывод: изучил явление интерференции, определил расстояние между щелями по интерференционной картине в схеме опыта Юнга, определил расстояние между мнимыми источниками по интерференционной картине в схеме с бипризмой.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

ДИФРАКЦИЯ СВЕТА.

Дифракция Фраунгофера на щели.

Цели работы:

—изучение закономерности явления дифракции;

— измерение ширины щели;

—измерение распределение интенсивности света дифракционной картины.

Описание явления дифракции:

Отклонение световых лучей от прямолинейного пути при прохождении вблизи краев экранов, отверстий (или других неоднородностей) называется дифракцией. Дифрагированные лучи являются когерентными, а поэтому дифракция, как правило, сопровождается интерференционными явлениями.

Различают дифракцию Фраунгофера (плоский фронт волны) и дифракцию Френеля (сферический фронт волны).

Для наблюдения дифракции света необходимо брать либо очень маленькие препятствия, либо вести наблюдения на очень больших расстояниях, чтобы были заметны небольшие отклонения световых волн от прямолинейного у краев препятствия.

Объяснить дифракционные явления можно с помощью принципа Гюйгенса—Френеля. Принцип Гюйгенса—Френеля представляет собой соединение принципа Гюйгенса (о распространении волнового фронта) с идеей Френеля об интерференции элементарных волн. Этот принцип гласит: каждая точка среды, до которой дошла волна, становится самостоятельным источником вторичных волн; новый фронт волны образуется в результате интерференции когерентных вторичных волн. Таким образом, волновая поверхность в любой момент времени представляет собой не просто огибающую вторичных волн, а результат их интерференции. Другими словами, при распространении в пространстве световых волн свет будет наблюдаться только там, где вторичные волны при интерференции усиливают друг друга, а там, где они ослабляют друг друга, свет наблюдаться не будет.

Френель рассмотрел количественно дифракцию на щелях и различного рода препятствиях, применив вспомогательный прием разбиения волновой поверхности падающей световой волны на определенные участки — зоны Френеля.

При дифракции на одной щели (рис.1) условие дифракционных максимумов имеет вид:

,(1)

где a — ширина щели, φ — угол дифракции, — порядок спектра; условие дифракционных минимумов имеет вид:

. (2)

В направлении наблюдается самый интенсивный центральный максимум — максимум нулевого порядка (рис.2). Относительно него вся дифракционная картина расположена симметрично. При этом основная часть света приходится на центральный максимум.

Оборудование: Используется комплекс ЛОК-1 или ЛКО-1 (приложение 3). На рельсе оптической линейки располагаются модули в следующем порядке:

1. лазер

2. зеркала

3. конденсор

4. объектив

5. щель

6. фоторегистратор ФР

Рис.3

Ход работы №6:

Собрать схему указанную на рисунке 3. Вращением винта микрометрической щели (Объект 18) получить чёткую дифракционную картину.

Измерить расстояние L между модулями М5 и М4

Измерить расстояния ₁ и в ₂ между соседними минимумами дифракционной картины слева и справа. Найти . Необходимо учитывать, что изображения на экране ФР увеличены в Г раз (см. приложение стр.151)

.

По формуле (2) рассчитать ширину щели.

Не меняя ширины щели, поместить её в модуль М4 и измерить по изображению на экране ФР истинную ширину щели. Сравнить результаты и оценить погрешности измерений.

Занести результаты измерений в таблицу 1.

Таблица 1

Опытные данные

№ измерения
а (мкм)
аист (мкм)
(мкм)
%

= , где Г = 22 мм

= = 5/22 = 0,23 мм

= = 10/22 = 0,45 мм

= = 15/22 = 0,68 мм

= = 20/22 = 0,9 мм

2) Δ h% = ∙ 100 %

Δ % = ∙ 100 % = ∙ 100 % = 8.7 %

Δ % = ∙ 100 % = ∙ 100 % = 11.1 %

Δ % = ∙ 100 % = ∙ 100 % = 10.3 %

Δ % = ∙ 100 % = ∙ 100 % = 11.1 %

Ход работы №7:

Собрать схему указанную на рисунке. Получить дифракционную картину.

Измерить интенсивность света в максимумах и минимумах дифракционной картины. Занести результаты измерений в таблицу 2.

Таблица 2

Экспериментальные данные

Основные положения:

Рассмотрим в качестве примера щель шириной .

(длина волны лазера) = 632,8 нм = 632,8 *10 ^-9м

Формула для расчёта теоретических значений интенсивности ; sin .

Условие минимумов: ; m = ±1; ±2;...

Условие максимумов: ; m = ±1; ±2;

Теоретические значения: Экспериментальные значения:

1 maxI₀ = 542 1 max: I'₁ = 542

2 max I₂₌I₁ ·0.047 = 25,5 2 max I'₂ =23,7

3 max I₃ = I₁ ·0.016 = 7,7 3 max I'₃ =9

По полученным данным строится теоретическая и экспериментальная зависимости интенсивностей от угла. Рассчитывается стандартная ошибка аппроксимации:

Формулируются выводы.