Методика эксперимента

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.

Рис. 1

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

Рис. 2

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)