Изучение интерференции и дифракции

Лабораторная работа № 13

Изучение интерференции и дифракции света

 

Инструкция студентам по выполнению РГЗ

1. Прежде, чем приступить к выполнению РГЗ, изучите теоретический материал по данной теме. Его краткое изложение дано в описании.

2. РГЗ оформлено по плану:

- описание рисунка на карточке,

- вопросы к рисунку на карточке,

- таблица ответов,

- образец выполнения задания.

3. Внимательно изучите описание рисунка на карточке и вопросы, на которые необходимо ответить.

4. Оформление работы в тетради:

- Расчётно-графическое задание № ______

- Тема: ______________________________

- Вариант _________

- КАРТОЧКУ перерисовывать в тетрадь НЕ НУЖНО!!!

- нарисовать таблицу, в которую будете заносить ответы (Таблица 2),

- вычисляете задания по образцу,

- необходимые исходные данные берёте из рисунка 1, сравнивая его с рисунком 2 образца, некоторые данные находятся в пункте «вопросы»,

- если в задании указано «построить график», то его построение необходимо делать, применяя карандаш и линейку,

- при правильном решении обучающийся находит в таблице 1 в соответствующем этому вопросу столбце численный ответ на какой то строке и отмечает у себя в таблице 2 на этом же месте,

- если найденного числового ответа в таблице нет, то учащийся должен проверить решение и найти свою ошибку.

5. Вычисления при заполнении таблиц ответами делались в соответствии с правилами приближённых вычислений: в промежуточных ответах сохранялись три значащие цифры, а в окончательном результате – две. Округление чисел с добавлением единицы в последнюю цифру результата производилось тогда, когда последующая цифра была равна 5 и более.

Расчётно-графическое задание № VIII

Изучение интерференции и дифракции

Теоретический материал

Между ДИФРАКЦИЕЙ и ИНТЕРФЕРЕНЦИЕЙ нет существенных физических различий. Оба явления заключаются в перераспределении в пространстве энергии светового потока, возникающем в результате суперпозиции волн.

КОГЕРЕНТНОСТЬЮ называется согласованное протекание нескольких колебательных или волновых процессов.

Когерентными называются волны, для которых разность фаз возбуждаемых ими колебаний остается постоянной во времени. Когерентными являются гармонические волны с кратными частотами.

ИНТЕРФЕРЕНЦИЕЙ называется устойчивое перераспределение интенсивности, возникающее в результате суперпозиции волн, возбуждаемых конечным количеством дискретных когерентных источников волн.

ДИФРАКЦИЕЙ называется устойчивое перераспределение интенсивности, возникающее в результате суперпозиции волн, возбуждаемых расположенными непрерывно когерентными источниками волн. Одним из проявлений дифракции является распространение волны в область геометрической тени, т.е. туда, куда не попадают световые лучи.

Параллельный пучок света, проходя через дифракционную решетку, вследствие дифракции за решеткой, распространяется по всевозможным направлениям и интерферирует. На экране, установленном на пути интерферирующего света, можно наблюдать интерференционную картину. Максимумы света наблюдаются в точках экрана, для которых выполняется условие

,

где  - разность хода волн;  - длина световой волны; n – номер максимума. Центральный максимум называют нулевым; для него =0. Слева и справа от него располагаются максимумы высших порядков.

Рис.1

Условие возникновения максимума можно записать иначе:  (рис. 1). Здесь d – период дифракционной решетки;  - угол, под которым виден световой максимум (угол дифракции). Так как углы дифракции, как правило, малы, то для них можно принять , а  (рис. 1). Поэтому

В данной работе эту формулу используют для вычисления длины световой волны.

Анализ формулы показывает, что положение световых максимумов зависит от длины волны монохроматического света: чем больше длина волны, тем дальше максимум от нулевого.

Белый свет по составу – сложный. Нулевой максимум для него – белая полоса, а максимумы высших порядков представляют собой набор семи цветных полос, совокупность которых называют спектром соответственно I, II,… порядка (рис. 3).

Получить дифракционный спектр можно, используя прибор для определения длины световой волны (рис. 2). Прибор состоит из бруска 1 со шкалой. Внизу бруска укреплен стержень 2. Его вставляют в отверстие подставки от подъемного столика. Брусок закрепляют под разными углами с помощью винта 3. Вдоль бруска в боковых пазах его может перемещаться ползунок 4 с экраном 5. К концу бруска прикреплена рамка 6, в которую вставляют дифракционную решетку.

Рис. 2                        Рис.3

                                          Описание рисунка4

На верхнем рисунке изображён прибор для определения длины световой волны, на нём указаны расстояния в миллиметрах от шкалы до дифракционной решётки и её период d. На школе даны положения одного – двух максимумов, видимых глазу при рассматривании через решетку. На нижнем рисунке карточки изображена картина интерференции при освещении плоско-выпуклой линзы, лежащей на плоской поверхности, монохроматическим светом той длины волны, которую вычислили с помощью дифракционной решетки.На этой картине показаны тёмные кольца и для их измерения – измерительная шкала. Рисунок содержит только часть колец Ньютона. Для расчёта радиуса кривизны линзы следует измерять диаметр наибольшего кольца.

Вопросы: 1. Цена деления линейки 2. На каком расстоянии от нулевого максимума находится первый максимум? 3. Вычислите длину световой волны в воздухе. 4. Определите порядковый номер последнего кольца 5. Каков радиус этого кольца? 6. Какого радиуса кривизны взята стеклянная плоско-выпуклая линза (n=1,5), дающая приведённую на рисунке картину интерференции. 7. Вычислите оптическую силу этой линзы. 8. На каком расстоянии и какое изображение даст эта линза, если перед ней поставить предмет на расстоянии 3м? 9. Какое при этом получится увеличение?