- •Лабораторная работа № 30 изучение интерференции света от двух щелей
- •Введение
- •Методика эксперимента
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Исследование дифракции Фраунгофера на щели
- •Исследование дифракции Фраунгофера на нескольких щелях Дифракционная решетка
- •Наклонное падение лучей на дифракционную решетку
- •Дифракция на двумерной решетке
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Лабораторная работа № 35 поляризация света
- •1. Естественный и поляризованный свет
- •2. Поляризация при отражении и преломлении света на границе двух диэлектриков
- •3. Поляризация света при двойном лучепреломлении
- •4. Анализ поляризованного света. Закон Малюса
- •5. Прохождение плоско поляризованного света через кристаллическую пластинку (через оптически анизотропное вещество)
- •Описание установки приведено в приложении
- •2. Изучение закона Малюса
- •3. Изучение прохождения света через оптически анизотропное вещество
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •4. Подготовка комплекса к работе
- •Содержание
- •Оптика Методическое руководство
- •630092, Г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
Министерство образования и науки Российской Федерации
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
_____________________________________________________________________
53 № 3446
О-627
ОПТИКА
Методическое руководство
к лабораторным работам № 30, 32, 35 по физике
для студентов 2-го курса всех специальностей
Новосибирск
2007
УДК 535 (076.5)
О-627
Составители: Б.Л. Паклин (лаб. работа № 30);
С.А. Стрельцов (лаб. работа № 32);
Г.Е. Невская, А.В. Морозов,
В.В. Христофоров (лаб. работа № 35);
А.М. Погорельский, А.В. Морозов,
А.А. Шевченко (приложение).
Ответственный за оформление и выпуск В.В. Христофоров
Экспериментальное оборудование разработали и изготовили
А.М. Погорельский, П.А. Крапивко, А.В. Морозов,
А.А. Шевченко
Рецензент А.В. Баранов, доц.
Работа подготовлена на кафедре общей физики
Новосибирский государственный
Лабораторная работа № 30 изучение интерференции света от двух щелей
Цель работы – определение расстояния между щелями с помощью интерференционных полос в опыте Юнга.
Введение
Интерференцией называется явление сложения (суперпозиции) колебаний, возбужденных в некоторой точке пространства волнами, приходящими от нескольких когерентных источников. Рассмотрим два точечных когерентных источника – S1 и S2, колебания которых происходят с одинаковой частотой , а разность начальных фаз колебаний равна нулю (источники синфазны). Пусть от источникаS1 распространяются бегущие волны в среде 1 с показателем преломления n1, а от источника S2 – в среде 2 с показателем преломления n2 (рис. 1). линия ОО1 – граница между этими прозрачными средами.
Рис. 1
На границе ОО1 выберем точку Р и определим условие минимума и максимума амплитуды результирующего колебания в этой точке пространства. Обозначим Для электромагнитных волн (свет – электромагнитная волна) колебания вектора от двух одинаковых источников1 и 2 определяются выражениями и. Здесь– амплитуда гармонических колебаний,k – волновое число.
В точке наблюдения Р происходит сложение колебаний одинаковой частоты. Будем считать, что эти колебания происходят вдоль одного направления. Разность фаз колебаний в этой точке равна:
,
где k = ω/V – волновое число; V = c/n – фазовая скорость распространения электромагнитной волны в среде с показателем преломления n; c – скорость этой волны в вакууме. Так как
,
где – волновое число для среды сn = 1 (вакуум); λ0 – длина волны в среде с n = 1, разность фаз колебаний
определяет амплитуду результирующего колебания в точке Р.
Величина nl – оптический путь волны, разность этих величин для двух волн – их оптическая разность хода, тогда. Из условия минимума при сложении колебаний амплитудыполучаем условие минимума при интерференции, выраженное через оптическую разность хода волн:Условие максимума– колебания происходят в одной фазе) определяет условие максимума, выраженное через
Можно сказать, что при сложении колебаний в любой точке пространства результирующее колебание определяется величиной оптической разности хода волн.
Методика эксперимента
Рассмотрим монохроматическую световую волну (длина волны в вакууме λ0) с плоским фронтом, падающую на непрозрачный экран с двумя щелями (оптическая схема, близкая к схеме опыта Юнга). Пусть экран, где расположены щели, может поворачиваться относительно точки О – середины расстояния d между щелями (рис. 2) – на некоторый угол .
Можно показать, что положение максимумов и минимумов интенсивности света на экране наблюдения, расположенном далеко от щелей (), совпадает с их положением для точечных источниковS1 и S2, расположенных на таком же расстоянии друг от друга. Теорию интерференции волн от таких двух точечных источников мы и рассмотрим ниже.
Экран наблюдения (обычный лист бумаги) располагается на расстоянии ОА = L, отсчитываемом от точки О; х – координата точки наблюдения Р равна расстоянию АР.
Рис. 2
Оптическая разность хода лучей 1 и 2 от плоского фронта до щелей равна а оптическая разность хода лучей1 и 2 после прохождения щелей S1 и S2 равна . На экран лучи1 и 2 приходят с разностью хода РассчитаемИз прямоугольных треугольниковS1ВР и S2CР:
,
,
.
При условии d, x << L
,
или
Из условия максимума для интерферирующих лучей 1 и 2 –, гдеm = 0, 1, 2, ..., получим
.
Здесь хm– координаты точек экрана с максимальной интенсивностью света. Расстояние между соседними максимумами равно:
Измеряя расстояние между максимумом нулевого и максимумом m-го порядка, равное , можно рассчитать расстояние между щелями:
.