2018-01-08
493
ВОЛНОВЫЕ СВОЙСТВА СВЕТА
Методические указания к лабораторным работам
по курсу «Общая физика»
Омск
Издательство ОмГТУ
Составители: Э.М. Ярош, Ю.И. Беликов, О.В. Лях, Т.Н. Кондратьева, О.Ю. Павловская, Е.А. Сидорова, С.С. Ясько.
Данные методические указания разработаны для выполнения лабораторных работ на модульном учебном комплексе МУК–О по разделам общей физики: «Волновая оптика», «Тепловое излучение».
Предназначены для студентов всех специальностей ОмГТУ.
Печатается по решению редакционно-издательского совета
Омского государственного технического университета.
Лабораторная работа № 7-14
ИЗУЧЕНИЕ ИНТЕРФЕРЕНЦИИ СВЕТА ОТ ДВУХ ЩЕЛЕЙ
Цель работы: определение расстояния между щелями с помощью интерференционных полос.
Приборы и принадлежности: модульный лабораторный учебный комплекс МУК – О, миллиметровая линейка, лист белой бумаги.
Краткая теория
Интерференцией света называется явление перераспределения световой энергии в пространстве при сложении (суперпозиции) колебаний от нескольких источников когерентных волн. Рассмотрим два точечных когерентных источника 
и 
, колебания которых происходят с одинаковой частотой, а разность фаз колебаний равна нулю (источники синфазны). Пусть от источника распространяются бегущие волны в среде 1 с показателем преломления 
, а от источника – в среде 2 с показателем преломления 
(рис. 1). На рисунке линия 
– граница между этими прозрачными средами.
|
|
|
|
На границе выберем точку 
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 источников 1 и 2 определяются выражениями: 
и 
, где 
– амплитуда гармонических колебаний, 
– волновое число, 
– скорость распространения волны.
В точке наблюдения происходит сложение колебаний одинаковой частоты. Будем считать, что эти колебания происходят вдоль одного направления. Разность фаз колебаний в этой точке равна:
,
где 
– скорость распространения электромагнитной волны в среде с показателем преломления 
; 
– скорость этой волны в вакууме. Так как
,
где 
– волновое число для среды с 
(вакуум), 
– длина волны в среде с , то разность фаз колебаний
определяет результирующее колебание в точке .
Величина 
– оптический путь волны. Разность этих величин для двух волн 
называют оптической разностью хода волн и 
. Из условия минимума при сложении колебаний 
, 
(колебания происходят в противофазе) получится 
Из условия максимума – 
(колебания происходят в одной фазе) определяют условие максимума для 
.
|
|
|
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
) с плоским фронтом, падающую на непрозрачный экран с двумя узкими щелями (оптическая схема, близкая к схеме опыта Юнга). Пусть экран, где расположены щели (точечные когерентные источники и ), может поворачиваться относительно точки 
– середины расстояния 
между источниками и (рис. 2) на некоторый угол 
.
Экран наблюдения (обычный лист бумаги) располагается на расстоянии 
, отсчитываемом от точки , 
– координата точки наблюдения равна расстоянию 
.
Рассмотрим две световые волны, прошедшие сквозь щели. Оптическая разность хода двух волн от плоского фронта падающей волны до щелей равна 
, а оптическая разность хода волн после прохождения щелей равна 
(
). На экран две волны приходят с разностью хода 
. Рассчитаем 
. Из прямоугольных треугольников 
и 
:
,
, 
,
.
При условии 
: 
:
,
,
или
.
Тогда
.
Из условия максимума для интерферирующих волн – 
, где 
получим 
– координаты точек экрана с максимальной интенсивностью света. Расстояние между ними 
. Измеряя 
между серединами ярких полос, можно рассчитать расстояние между щелями :
. (1)
