Лабораторная работа №46. изучение явления интерференции и дифрак. Приборы и принадлежности
![]()
|
Цель работы: изучение явления интерференции в толстой стеклянной плас- тине и дифракции на микрообъектах с использованием лазера; определение показателя преломления стекла и размеров щели (толщины нити). Приборы и принадлежности: гелий - неоновый лазер с электрическим блоком питания ; оптическая скамья , на которой расположены : рейтер с объекти- вом и экраном 1, рейтер с дифракционным объектом 2(раздвижной щелью или нитью), рейтер с толстой плоскопараллельной стек- лянной пластиной 3, экран 4 , измеритель- ная линейка (рис.1). ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() В работе источником света является лазер. Излучение лазера отличается сле-дующими свойствами: помимо значительной мощности и малой угловой рас-ходимости светового пучка , он обладает высокой степенью монохроматичнос-ти - большой длиной когерентности. Длина когерентности - наибольшее рас- стояние вдоль направления распространения волны, на котором колебания мож-но считать когерентными между собой. I) Изучение интерференции света при отражении от толстой стеклянной пластины. Высокая степень монохроматичности излучения лазера позволяет наблюдать интерференцию световых волн при очень большой разности хода, возникающей возникающей в толстой плоскопараллельной стеклянной пластине. Расходя- щийся световой пучок (рис.1.), полученный от лазера с помощью объектива О (фокус этого объектива совпадает с плоскостью экранаЭ), падает на пластину П. Отраженные от передней и задней поверхностей пластины П световые волны интерферируют между собой и дают на экране Э систему концентрических светлых и темных колец (рис.2). ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() На (рис.2) ![]() l - расстояние между экраном и пластиной. В наших опытах ![]() Используя условие появления интерференционных минимумов при отражении света в тонкой пластине: ![]() ![]() получим ![]() ![]() Так как ![]() ![]() ![]() Из формулы (2) видно, что ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Данная формула позволяет графическим методом определить коэффициент пре-ломления стеклянной пластины. Таблица1: [ r ] = мм. ![]()
Построив график и определив тангенс угла наклона прямой β, получаем значе- ние ![]() ![]() По формуле (3) рассчитаем n: n = (20 * 10^-3 * 57.04 * 10^-6) / (4*0.166*0.6328*10^-6) = = 1140.8*10^-9/0.42*10^-6 = 2.7 Т.е.
Определим максимальный порядок интерференции: ![]() ![]() II) Изучениедифракции от щели и нити. Е ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() сли на пути лазерного пучка поставить щель, то на экране за щелью будет наб-людаться дифракционная картина в виде центрального (наиболее яркого мак-симума ) и системы симметричных относительно него максимумов различных порядков, разделенных минимумами. (рис.3). ![]() ![]() ![]() ![]() На установке наблюдаемые углы дифракции ![]() минимумы возникают в тех направлениях, для которых угол ![]() ![]() ![]() ![]() так как ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Теперь рассмотрим дифракцию от нити. Согласно теореме Бабине дифракци- онные картины от препятствия и от равного ему отверстия должны быть совер-шенно одинаковы вне области свободного ( прямого ) пучка. Следовательно, дифракционная картина от нити (вне области прямого пучка ) будет такой же, как и от щели, ширина которой равна толщине нити, и для расчета дифракции от нити можно воспользоваться той же формулой (6), что и для щели. Таблица2:
Рассчитаем ширину щели: b = 0.6328 *10^-6 * 47*10^-2 / 3*10^-3 = 10^-4 м δb = 0.00005/0.6328 + 0.5/47 + 0.5/3 = 0.18 Δb = 0.18 * 10^-4м Т.е.
Аналогичны расчеты для нити: b = 0.6328 *10^-6 * 47*10^-2 / 2*10^-3 = 1.50 * 10^-4 м δb = 0.00005/0.6328 + 0.5/47 + 0.5/2 = 0.25 Δb = 0.39 * 10^-4м Т.е.
Вывод: в ходе проделанной работы были изучены устройства и принцип дейст- вия лазера, что позволило использовать данную установку в ходе экспе- римента по изучению интерференции в толстой стеклянной пластине и и дифракции на микрообъектах. |