Дослід Юнга з подвійною щілиною

Схема досліду

1801 року Томас Юнг освітив дві щілини світлом одного джерела й привів пучки світла, що виходили зі щілин, до інтерференції. Тим самим у межах класичної фізики було остаточно доведено хвильову природу світла.

Попередні знання

Для цього досліду учням не потрібні особливі попередні знання.

Принцип

У цьому досліді розбіжний пучок світла падає на подвійну щілину, так що дістають два розбіжні когерентні пучки світла. Вони інтерферують один з одним по той бік щілини й дають на екрані інтерференційну картину.

Навчальна мета

Дослід має унаочнити учням хвильову природу світла. Учні вчаться визначати довжину хвилі з інтерференційної картини.

Завдання

У першому досліді учні мають ознайомитися з принципом інтерференційного досліду Юнга, а в другому досліді треба визначити довжину хвилі червоного світла.

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

Сонце як природне джерело світла

Світлом називають видиму для людини частину електромагнітного спектра. За допомогою дифракційних об'єктів, як-от подвійної щілини, можна спостерігати особливе явище світла - здатність до інтерференції - що вказує на хвильову природу світла.

Але який вигляд має інтерференційна картина і які фізичні закономірності лежать у її основі? Ці питання досліджують у цьому досліді.

Дослід 1

• Склади оптичну лаву з двох штативних стрижнів і змінної основи штатива та приклади рулетку (рис. 1).

Рисунок 1

• Склади освітлювач за рисунками 2 і 3 та закріпи його в лівій частині основи штатива так, щоб він був повернутий стороною з лінзою від оптичної лави (рис. 4).
• Всунь світлонепроникну діафрагму перед лінзою освітлювача (рис. 5).

Рисунок 2

Рисунок 3

Рисунок 4

Рисунок 5

• Постав лінзу з f = +50 мм на оптичну лаву безпосередньо біля освітлювача (рис. 6).
• Всунь регульовану щілину (світну щілину) у тримач діафрагм (рис. 7 і 8) і насади його на оправу лінзи (рис. 9).

Рисунок 6

Рисунок 7

Рисунок 8

Рисунок 9

• Постав тримач пластин з ковзною опорою на кінці оптичної лави (рис. 10).
• Насади діафрагму з 4 подвійними щілинами на тримач пластин так, щоб подвійна щілина з g = 0,25 мм і b = 0,1 мм стояла посередині тримача пластин (рис. 11).
• Закрий інші подвійні щілини чорним картоном (рис. 12).
• Під'єднай освітлювач до блока живлення (12 В~) (рис. 13) і увімкни блок живлення.

Рисунок 10

Рисунок 11

Рисунок 12

Рисунок 13

Рисунок 14

• Постав екран на ковзну опору праворуч від оптичної лави (рис. 14) і роздивись світлі смуги на екрані.
• За потреби трохи поверни світну щілину й змінюй ширину щілини, доки не стане помітною смугаста картина.
• Замість екрана постав у ковзну опору другий тримач пластин зі спостережною оптикою (рис. 15).

Рисунок 15

• За потреби підправ юстування (ширину світної щілини, а також паралельність світної щілини й подвійної щілини), доки не стане видно різку і яскраву смугасту картину.
• Розмісти тримач пластин зі спостережною оптикою на більшій відстані (0,5 м ... 1 м) від подвійної щілини.
• Роздивись інтерференційні смуги. Дивись при цьому в лінзу спостережної оптики так, щоб поле зору було освітлене рівномірно.
• Опиши свої спостереження.

Дослід 2

• Всуньте червоний світлофільтр у гніздо освітлювача (рис. 16).
• Визначте відстань d між червоними інтерференційними смугами за допомогою спостережної оптики. Для цього виміряйте відстань dn між (n+1) сусідніми смугами й візьміть із неї середнє значення. Запишіть свій результат.
• Виміряйте відстань e між спостережною оптикою і подвійною щілиною та запишіть її.

Рис. 17