Дифракція та інтерференція на подвійній щілині

Спостереження в досліді

За подвійною щілиною, на яку натрапляють плоскі хвилі, спостерігають характерну інтерференційну картину.

Ця інтерференційна картина збігається з тією, яку дістають від двох точкових збудників хвиль, розміщених на місці щілин.

Попередні знання

Учні та студенти вже мають бути обізнані з утворенням і поширенням хвиль на воді. При цьому вони вже мають мати досвід роботи з інтерференцією на краях і щілинах.

Принцип

Плоскі хвилі натрапляють на подвійну щілину. Ширину обох щілин добирають малою порівняно з довжиною хвилі, щоб інтерференція всередині хвиль, які проходять крізь одну щілину, була неможлива. Інтерференційну картину спостерігають в області за щілинами за різних відстаней між щілинами і різних довжин хвиль.

Навчальна мета

Учні та студенти дізнаються, як поводяться хвилі, коли натрапляють на подвійну щілину.

Завдання

Збудником хвиль спрямовують хвилі на подвійну щілину і спостерігають явище, що виникає.

Результат

Посередині зображення спостерігають хвильову смугу, яка відходить від лінії, що з'єднує щілини, перпендикулярно до неї. Симетрично до цієї смуги з обох боків чергуються смуги без збудження хвиль і виразно окреслені хвильові смуги (рис. праворуч угорі).

Якщо за сталої довжини хвилі зменшувати відстань між щілинами, то відстань між серединами сусідніх хвильових смуг зростає (рис. праворуч унизу). Це явище дуже добре видно й при порівнянні обох рисунків у цьому досліді. Той самий ефект дістають і тоді, коли за сталої відстані між щілинами збільшують довжину хвилі.

• Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.

• Збудник плоских хвиль закріплюють на внутрішньому вузлі збудження і ставлять біля нижнього краю приладу для хвиль на воді.
• За допомогою двох перешкод завдовжки 71 мм і перешкоди завдовжки 30 мм у хвильовій ванні складають подвійну щілину (рис. праворуч).
• Щілини при цьому мають бути приблизно однакового розміру.

• Збудник хвиль ретельно юстують і на приладі для хвиль на воді встановлюють частоту в межах від 15 до 30 Гц.
• Амплітуду спочатку слід дібрати так, щоб перед подвійною щілиною було добре видно плоскі хвилі. Далі збільшують амплітуду доти, доки за подвійною щілиною не окреслиться чітка інтерференційна картина.
• За тієї самої частоти зменшують відстань між щілинами: бар'єр 30 мм присувають упритул до одного з двох бар'єрів 71 мм, а бар'єр 10 мм кладуть посередині щілини, що при цьому утворилася (рис. праворуч).