Дифракція на краю з лазером

Схема установки

Явище дифракції на краю стосується не лише світлових хвиль (поперечних хвиль), а й поздовжніх хвиль (звукових). Тож коли звук натрапляє на край, за цим краєм залежно від місця можна спостерігати мінімуми й максимуми гучності.

Якщо хвиля на воді натрапляє на кам'яний край, наприклад на палю чи пірс, там утворюються хвилі, які виникають унаслідок дифракції і можуть обтікати об'єкт по колу.

Попередні знання

Уже має бути відомо, що дифракція та інтерференція відбуваються як на отворах, так і на перешкодах.

Принцип

Якщо світлова хвиля натрапляє на перешкоду, то край цієї перешкоди за принципом Гюйгенса є вихідною точкою елементарних хвиль (дифракція).

Ця колова хвиля, що виходить із краю, інтерферує тоді з фронтом хвилі, який проходить повз перешкоду, і виникає накладання хвиль (інтерференція).

Навчальна мета

Оскільки краї завжди можна розглядати як вихідні точки елементарних хвиль, інтерференція відбувається і там, де хвиля частково натрапляє на перешкоду, а частково проходить повз неї. Учні унаочнюють хвильову природу світла і дізнаються, за яких умов виникає інтерференція.

Завдання

• Спостереження інтерференційної картини за допомогою лазера
• Усвідомлення того, чому інтерференція відбувається на краю

Якщо пучок світла з плоскими хвильовими фронтами потрапляє на край, то частина пучка відсікається, тоді як інша частина може пройти повз нього безперешкодно. За принципом Гюйгенса з краю виходять елементарні хвилі, які зі спаданням інтенсивності поширюються і в область тіні.

В області пропускання ці розсіяні хвилі накладаються на плоскі хвилі, що поширюються безперешкодно. Ці дві хвилі на екрані можуть тоді або гасити, або підсилювати одна одну - залежно від різниці ходу.

Схематичне поширення хвиль

Обов'язково треба стежити за тим, щоб ніхто не дивився прямо в промінь лазера.

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

Сонячне світло на краю будинку

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

Це явище можна спостерігати, коли сонце стоїть просто над краєм будинку. Здається, ніби воно видиме повністю, хоча частину його затуляє край будинку.

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

Спрямуй лазерне світло на край перешкоди так, щоб частина пучка світла проходила повз край, і дослідь інтерференційну картину на екрані.

Схема установки

Складники на ковзних опорах у ході виконання монтують на оптичній лаві своїми рисками на такі позиції:

1. Ковзна опора з діодним лазером на
2. Оправа зі шкалою і вставленою збиральною лінзою на
3. Ковзна опора з тримачем пластин і вставленою діафрагмою зі щілиною, краєм і перемичкою на

Закріпи екран у ковзній опорі і постав його на відстані від до від діафрагми.

• Всунь і встанови діафрагму з перемичкою в тримач пластин так, щоб приблизно 2/3 лазерного променя перекривалися діафрагмою, а решта могла потрапляти повз край на екран. Має бути видно півколо з інтерференційною картиною.
• Опиши інтерференційну картину за допомогою рисунка поруч. Якщо можливо, пересунь екран з відстані на і поспостерігай розширення інтерференційної картини.
• Вимкни лазер.