ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3-30 ИЗУЧЕНИЕ ИНТЕРФЕРЕНЦИИ СВЕТА ОТ ДВУХ ЩЕЛЕЙ

Цель работы: Определение расстояния между щелями с помощью интерференционных полос в опыте Юнга.

Оборудование: Лабораторный оптический комплекс МУК-О.

Методика эксперимента

Рассмотрим плоскую монохроматическую световую волну длиной , падающую на диафрагму с двумя щелями (оптическая схема, близкая к схеме опыта Юнга). Пусть плоскость диафрагмы, в которой вырезаны щели, может поворачиваться на некоторый угол вокруг оси проходящей через точку перпендикулярно плоскости чертежа. Точка расположена на середине расстояния между щелями (рис. 1). Экран наблюдения располагается на расстоянии , причём . Обозначим координату точки наблюдения через , т.е.

Рис. 1

В точку наблюдения лучи 1 и 2 приходят с разностью хода , где - разность хода, возникающая между лучами до прохождения плоскости щелей , а - разность хода, возникающая после прохождения щелей. Из рис. 1 видно, что:

рассчитаем из прямоугольных треугольников S₁ ВР и S₂ CР:

,

,

.

Из условия и следует, что :

отсюда

.

Тогда суммарная разность хода равна:

(1)

Если в точке разность хода равна:

, (2)

где - порядок интерференции, тогда в точке будет наблюдаться максимум.

Из формул (1) и (2) получим:

, (3)

где - координаты точек экрана с максимальной интенсивностью света. Расстояние между соседними максимумами равно:

(4)

Измерив, расстояние между серединами ярких полос, можно рассчитать расстояние между щелями по формуле:

(5)

Порядок выполнения работы

Перед началом выполнения работы необходимо ознакомиться с теорией интерференции, с описанием мoдульного учебного комплекса МУК-О (см. Приложение №5) и инструкцией по технике безопасности при работе с лазерными источниками света.

Лазерный источник света находится в верхней части комплекса. Ниже расположена турель 2, в которой размещены объекты для исследования интерференции и дифракции. Поворотом удалите с оптической оси турели 4, 5, 6 и 7 (если они установлены). Турель 2 установите в положение, соответствующее двойной щели по пиктограмме.

На верхнюю крышку электронного блока положите лист белой или миллиметровой бумаги, который будет играть роль экрана наблюдения. Во избежание перегрева лазера время работы лазерного источника при измерениях не должно превышать 15 минут.

Задание 1.

1*. Включите лазерный источник света.

Внимание. Пункты, помеченные звёздочкой, выполняет преподаватель или лаборант.

2. Установите двойную щель в положение перпендикулярное направлению лазерного пучка (угол ). При этом стрелка, закрепленная на оси вращения пластинки со щелью, должна указывать на 0^о.

3. Зарисуйте интерференционную картину.

4. Поверните щели на угол и далее на угол по отношению к первоначальному положению. Пронаблюдайте изменения интерференционных картин, зарисуйте их.

5. По рисункам измерьте расстояние между центрами интерференционных максимумов. Данные занесите в таблицу.

Таблица 1.

двойная щель
угол	, мм.

6. По формуле (5) рассчитайте расстояние между щелями. Длина волны лазерного излучения и расстояние указана на лицевой панели комплекса.

7. Рассчитайте среднее значение и погрешность измерения , считая (приближенно) измерение прямым.

8. Запишите результат в формате:

.

Контрольные вопросы

1. Какими условиями определяется когерентность волн?

2. Роль когерентности волн при интерференции.

3. Каким образом разность фаз колебаний связана с оптической разностью хода лучей?

4. Условия максимумов и минимумов при интерференции волн.

5. Схема установки и порядок выполнения работы.

Литература

1. Савельев И. В. Курс общей физики, т. 2. Электричество и магнетизм.

Волны. Оптика: Учебное пособие.—2-е изд., перераб.— М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1982. – 496 с.

2. Трофимова Т.Н. Курс физики: учеб. пособие для вузов. 6-е изд., стер. – М.: Высш. шк., 1999. – 542 с.: ил. ISBN 5-06-003634-0.

3. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. – М. : Высш. шк., 1988. – С. 387-399.

4. Баранов А.В.и др. Колебания и волны. Оптика. Квантовая механика. Кн. 2. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 1994.

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

5. Иродов И.Е.. Волновые процессы. Основные законы. т.4. – М.: Лаборатория базовых знаний, 1999. – 256 с.

6. Кингсеп А. С., Локшин Г. Р., Ольхов О. А. Основы физики. Курс общей физики: Учебн. В 2 т. Т. 1. Механика, электричество и магнетизм, колебания и волны, волновая оптика / Под ред. А.С. Кингсепа. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2001, - 560 с. — ISBN 5-9221-0164-1 (Т. 1).

7. Белонучкин В. Е., Заикин Д. А., Ципенюк Ю.М., Основы физики. Курс общей физики: Учебн. В 2 т. Т. 2. Квантовая и статистическая физика / Под ред. Ю.М. Ципенюка. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2001. - 504 с. - ISBN 5-9221-0165-Х (Т. 2).

8. Стафеев С. К., Боярский К. К., Башнина Г. Л. С78 Основы оптики: Учебное пособие. — СПб.: Питер, 2006. — 336 с: ил. ISBN 5-469-00846-0.

9. Р. Дитчберн. Физическая оптика. – М.: Наука. 1965.- 632 с.

10. Годжаев Н.М. Оптика. – М.: Наука: Высшая школа, 1977. 422 с.

11. Сивухин Д.В. Оптика. М., 1985.

12. В. В. Светозаров. Модульный оптический практикум: Учебное пособие. М.: 1998.

13. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М., Наука. 1970, 855 с.

14. Бутиков Е.И. Оптика. М., 1985.

Приложение 1.

Микроскоп МБС-1

Общий вид микроскопа МБС-1 показан на рис. 2. Микроскоп состоит из пяти основных частей:

1) столика;

2) штатива;

3) оптической головки с механизмом грубой подачи;

4) окулярной насадки;

5) подлокотников.

4.1.1.Столик

Столик микроскопа состоит из круглого корпуса 12, внутри которого вмонтирован поворотный отражатель 2 и основание 16.

Рис. 2. Общий вид микроскопа:

2 — отражатель; 11 — рукоятка; 12 — корпус столика; 13 — винт зажимной; 14 — планка; 15 — пластина; 16 — основание; 17 — прижимной хомутик; 18 — рукоятка; 19 — винт; 20 — стержень; 21 — корпус призмы; 22 — стопорный винт; 23 — оптическая головка микроскопа; 24 — рукоятка; 25 — окулярная трубка; 26 — осветитель с коллектором; 27 — поворотный кронштейн; 28 — оправа объектива; 29 — подшипник; 30 — трансформатор.

Поворотный отражатель 2 имеет с одной стороны плоское зеркало, а с другой — матовое стекло. Поворот отражателя производится вращением рукоятки 11. Для работы с микроскопом при естественном освещении в передней части корпуса столика предусмотрен вырез, через который свободно проходит дневной свет, а при искусственном освещении с задней стороны корпуса столика имеется резьбовое отверстие для установки осветителя. Рекомендуется при работе с естественным освещением пользоваться плоским зеркалом, а при искусственном (электрическом) освещении — матовой стороной отражателя.

Приложение 2.

Микроскоп люминесцентный МЛ-2

НАЗНАЧЕНИЕ

Область применения микроскопа люминесцентного МЛ-2 (рис. 2) - клиническая лабораторная диагностика, вирусология и бактериология.

Микроскоп позволяет наблюдать и фотографировать (при наличии фотонасадки или видеосистемы, которые поставляются по дополнительному заказу) изображение наблюдаемых препаратов:

· в свете их видимой люминесценции при освещении сверху светом, возбуждающим люминесценцию

· в проходящем свете в светлом поле и методом фазового контраста

Рис. 2. Микроскоп МЛ-2.

1 – станина микроскопа; 2 – рукоятки вертикального перемещения координатного стола; 3 – бинокулярная насадка; 4 – кожух ртутной лампы; 5 – предметный координатный столик; 6 – рукоятки горизонтального перемещения координатного предметного столика.

ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ И ХАРАКТЕРИСТИКИ

Видимое увеличение микроскопа
при визуальном наблюдении 53-1425‰

Увеличение при фотографировании 20-540‰

Собственное сменное увеличение насадки АУ-26 1.1‰; 1.6‰; 2,5‰

Диапазон возбуждения люминесценции объектов 360-440 нм

Диапазон исследуемой люминесценции объектов 400-650 нм

Числовая апертура конденсора КОН-3 1.2

Точность микрометрической подачи 2 мкм

Предметный столик

Движение столика крестообразное.

Пределы перемещения препарата в продольном направлении
с помощью однокоординатного препаратоводителя 0-40 мм.

Пределы перемещения столика в поперечном направлении 0-60 мм.

Пределы угла поворота столика 0-180 грд.

Точность отсчета величины перемещения столика 0,1 мм.

Источник света

Ртутная лампа ДРШ-250-3.

Питание лампы осуществляется от сети переменного тока (220±20) В,
50 Гц через специальный блок питания (электропульт).

Потребляемая мощность, ВА 900

Габаритные размеры

микроскопа 625‰225‰416 мм

электропульта 380‰210‰220 мм

масса микроскопа 45,5 кг

электропульта 20,5 кг

Драгоценные металлы в микроскопе и электропульте не содержатся.

Приложение 3.

Микроскоп Микромед-6

Микроскоп Микромед-6 применяется в различных областях медицины при диагностических исследованиях. Микроскоп позволяет наблюдать и фотографировать (при наличии фотонасадки или видеосистемы, которые поставляются по дополнительному заказу) изображение наблюдаемых препаратов в проходящем свете, в светлом поле и методом фазового контраста.

Рис. 1. Микроскоп Микромед – 6

1-станина микроскопа; 2 – рукоятки вертикального перемещения тубуса; 3 – тринокулярная насадка; 4 – видеокамера DCM500; 5 – предметный координатный столик; 6 – рукоятки горизонтального перемещения координатного предметного столика.

Увеличение микроскопа 40 – 1000

Наибольшее линейное поле в пространстве изображений, мм 20

Тубус фактор 1,0

Наибольшая апертура конденсора 1,25

Диапазон перемещения координатного предметного

столика, мм. 80 × 50

Цена деления шкал:

· механизм тонкой фокусировки, мм. 0,002

· координатного предметного столика, мм 1,0

· Цена деления нониусов шкал координатного

предметного столика, мм. 0,1

· Источники света:

· галогенная лампа 12 В, 20 Вт

· ртутная лампа (в комплекте люминесцентной насадки) 100 Вт

Питание микроскопа осуществляется от сети переменного тока напряжением (220±22)В, частотой 50 Гц или напряжением (110 ± 11)В частотой 60 Гц.

Приложение 4.

Микроскоп металлографический «МЕТАМ РВ-21-1»

Микроскоп металлографический агрегатный рабочий с верхним расположением столика Метам РВ-21-1 предназначается для визуального наблюдения микроструктуры металлов, сплавов и других непрозрачных объектов в отраженном свете при прямом освещении в светлом и тёмном поле, а также для исследования объектов в поляризованном свете и методом дифференциально-интерференционного контраста (ДИК). Микроскоп базируется на унифицированном штативе.

Микроскоп применяется в металлографических лабораториях научно-исследовательских институтов и предприятий металлургической, микроэлектронной, машиностроительной промышленности, а также в учебных заведениях. Возможно применение в других областях науки и техники.

1-станина микроскопа; 2 – бинокулярная насадка; 3 – рукоятки вертикального перемещения тубуса; 4 – предметный координатный столик; 5 – рукоятки горизонтального перемещения координатного предметного столика.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Увеличение 80‰1000‰

Увеличение окуляров 10х; 12,5х; 20х

Объективы на револьвере F=25 мм, А=0,17

F=16 мм, А=0,30

F=6,3 мм, А=0,60

F=4,0 мм, А=0,85

Объективы с модулем ДИК F=25 мм, А=0,17

F=16 мм, А=0,30

F=6,3 мм, А=0,60

Диапазон перемещения предметного столика, мм. 70 ÷ 50

Диапазон перемещения предметного столика, мм:

в продольном направлении от 0 до 70

в поперечном направлении от 100 до 150

Возможность фотографирования

фотонасадка 24х36мм (в комплект не входит)

Питание микроскопа

от сети переменного тока ~220 В, 50 Гц.

Источник света лампа накаливания РН8-20-1

Габариты, мм. 31х0280х270

Масса, кг. 8,0

Приложение 5.

Краткое описание модульного учебного комплекса
МУК-О (по оптике)

Назначение

1.1. Модульный учебный комплекс МУК-О или микролаборатория (в дальнейшем по тексту «комплекс») предназначен для проведения физического практикума в высших учебных заведениях по разделу волновая и квантовая оптика курса общей физики.

Комплекс позволяет проводить лабораторные работы по темам:

– интерференция света;

– дифракция света;

– закон Малюса;

– определение угла Брюстера;

– взаимодействие поляризованного света с оптически

анизотропным веществом;

– тепловое излучение.

Технические данные

2.1. Длина волны лазерного излучателя 0,65 мкм.

2.2. Требуемое напряжение питания белого осветителя 0…15 В при токе до 1 А.

2.3. Комплекс снабжен механическими отсчетными устройствами углов поворота.