Опыт Юнга. Отчет по практической работе определение расстояния между щелями в опыте юнга преподаватель
 Скачать 102.14 Kb.
|
|
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Институт горного дела, геологии и геотехнологий институт Кафедра фундаментального естественнонаучного образования кафедра ОТЧЕТ ПО ПРАКТИЧЕСКОЙ РАБОТЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАССТОЯНИЯ МЕЖДУ ЩЕЛЯМИ В ОПЫТЕ ЮНГА Преподаватель ___________ Н.И.Косарев подпись, дата инициалы, фамилия Студент ГГ20-06 ___________ Д.С.Эйснер номер группы подпись, дата инициалы, фамилия Студент ГГ20-06 ___________ И.Ю.Элст номер группы подпись, дата инициалы, фамилия Красноярск 2021г. Цель работы: определение расстояния между щелями по интерференционной картине в схеме опыта Юнга и положения максимумов, минимумов интерференции. Оборудование: полупроводниковый (GaAs) лазер с длиной волны = 650 нм, фотолитографический объект МОЛ-1, установка РМС-3, рулетка. Краткие теоретические сведения Интерференция света – это явление наложения когерентных световых волн с перераспределением энергии в пространстве. Наблюдается для волн любой природы. Когерентность – это согласованное протекание во времени и пространстве нескольких колебательных и волновых процессов. Условиями когерентности волн являются: 1. Монохроматичность - одинаковые частоты (длины волн). 2. Постоянная во времени разность фаз. 3. Поляризованность в одной плоскости, т. е. колебания светового вектора волн должны быть в одной плоскости.  Одним из первых ученых, кто наблюдал явление интерференции, был Томас Юнг, который в 1802 году получил интерференционную картину в установке, показанной на рис.1.Свет, предварительно прошедший через светофильтр, проходя через отверстие Sв экране A падал на экран В, в котором были проделаны две тонкие щели S1 и S2. При этом соблюдалась пространственная когерентность волн, исходящих из точек волнового фронта, расположенных на малом расстоянии друг от друга, в пределах радиуса когерентности. Поэтому эти щели давали достаточно четкую картину интерференции на экране  в виде чередования светлых и темных полос (максимумов и минимумов). В настоящей лабораторной установке вместо обычного источника света со светофильтром для повышения степени когерентности используется лазер-ный источник излучения. Схема опыта представлена на рис. 2, где S1 и S2. - источники когерентного излучения, s1 и s2 - пути света от источников до точки наблюдения P, d - расстояние между щелями, L - расстояние между экранами и C. Разность фаз колебанийвозбужденных волнами, приходящими в точку P от источников S1 и S2 , равна  (1)где - оптическая разность хода волн;  - длина волны в вакууме.Оптическая разность хода волн – это разность оптических путей, L2 и L1: = L2 – L1 =n2s2 – n1s1, (2) где s1 иs2 – геометрические пути, n1 и n2– показатели преломления сред, в которой проходят волны. В данном случае n1 = n2 =1, так как лучи идут в воздухе. Из формулы (1) следует, что при оптической разности хода, кратной числу длин волн  , (3)(m – целое число), разность фаз колебаний оказывается кратной 2, колебания приходят в фазе, и в этой точке будет наблюдаться интерференционный максимум. При условии  , (4)будет возникать интерференционный минимум, так как разность фаз, равная нечетному числу , означает, что колебания приходят в противофазе и гасят друг друга. По теореме Пифагора (рис. 2) можно определить  ,где x – расстояние от середины экрана до точки наблюдения Р. Вычитая из второго уравнения первое, получим  .Учитывая, что  , а  , получим оптическую разность хода волн в опыте Юнга . (5)После подстановки в это выражение условия наблюдения максимума (3) и минимума интерференции (4); получим, на каком расстоянии от середины экрана находятся, соответственно, светлые и темные полосы:  (6) (7)Шириной интерференционной полосы является расстояние между соседними максимумами или минимумами (сумма ширины максимума и минимума), определяется как разность, например, положений максимумов  . С учетом формулы (6) получим . (8)Отсюда следует формула для определения расстояния между щелями в опыте Юнга  (9)Порядок выполнения работы Поместили МОЛ1 в подставку, включили лазер. Согласовали с преподавателем четыре номера пар щелей определенной группы: 6, 10, 25,35. Вращая винт подставки, добились, чтобы луч лазера падал на щели с нужным номером. Добились четкого изображения интерференционных полос на экране. Повесили на экран листок бумаги и аккуратно зарисовали положение ярких полос – максимумов. Провели несколько измерений ширины интерференционной полосы для каждой из пар щелей. Рассчитали средние значения <  > для каждой пары и занести в таблицу результатов измерений. Измерили расстояние L между фотолитографическим объектом и экраном. Рассчитали расстояние между щелями по формуле (9), занесли в таблицу. Сопоставили полученные результаты с данными, приведенными в приложении. Измерили расстояние между серединой нулевого максимума и серединой последнего видимого максимума xmax (рис. 5), записали порядок m максимума. Сопоставили с расчетами по формуле (6). Измерили расстояние между серединой нулевого максимума и серединой самого дальнего минимумаxmin , записали порядок m минимума. Сопоставили с расчетами по формуле (7). Таблица 1 - Результаты измерений
L= 62 мм. = 0,62 м. λ= 650·109 м.     Вывод: Мы определили расстояния между щелями по интерференционной картине в схеме опыта Юнга и положения максимумов, минимумов интерференции. | |||||||||||||||||||