Дифракція на вузькій перешкоді (перемичці) - теорема Бабіне -

Схема установки

У цьому досліді хвильова природа світла виявляється через дифракцію на перемичці. Крім того, у поєднанні з дослідом дифракції на щілині підтверджується теорема Бабіне.

Попередні знання

Особливих попередніх знань для цього досліду учням не потрібно.

Принцип

Теорема Бабіне стверджує, що дифракційні явища за доповняльними екранами однакові. У вжитій діафрагмі щілина і перемичка (вузька перешкода) мають однакові розміри; отже, вони утворюють взаємно доповняльні екрани, тобто разом узяті вони дають повне гасіння. Тому в площині спостереження амплітуди хвиль, які інтерферують після дифракції на щілині або на перешкоді, мають бути однакові за величиною, але зсунуті за фазою на 180°.

Навчальна мета

У цьому досліді учні мають дійти висновку, що в області тіні за вузькою перешкодою можна спостерігати регулярні світлі смуги, які виникають унаслідок дифракції на краях перешкоди.

Порівнюючи їх із дифракційними картинами, що виникають при дифракції на щілині такої самої ширини, як і перешкода, учні мають виявити або підтвердити теорему Бабіне.

Завдання

Учні мають спрямувати вузький пучок світла на вузьку перешкоду так, щоб частина світла проходила збоку повз неї, і поспостерігати за тінню, що утворюється. Потім вони мають порівняти цю тінь із дифракційною картиною, яка виникає, коли пучок світла падає на щілину такої самої ширини, як і перешкода.

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

Сонце як природне джерело світла

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

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

• Склади оптичну лаву з двох штативних стрижнів і змінної основи штатива та приклади рулетку (рис. 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 безпосередньо біля освітлювача на оптичну лаву (рис. 6).

Рисунок 6

• Встав регульовану щілину (світну щілину) у тримач діафрагм (рис. 7, рис. 8) і закріпи його на оправі зі шкалою (рис. 9).
• Потім постав оправу зі шкалою поруч із лінзою (рис. 10).

Рисунок 7

Рисунок 8

Рисунок 9

Рисунок 10

• Установи тримач пластин на ковзній опорі на кінці оптичної лави (рис. 11).

• Під'єднай освітлювач до блока живлення (12 В~) (рис. 12) і увімкни блок живлення.
• Трохи відкрий регульовану щілину (світну щілину).
• Насунь діафрагму зі щілиною і перемичкою (вузькою перешкодою) (рис. 13) на тримач пластин (рис. 14) так, щоб перешкода була симетрично освітлена променем світла.
• Закрий щілину світлонепроникною діафрагмою (рис. 15).

Рисунок 12

Рисунок 13

Рисунок 14

Рисунок 15

• Постав ковзну опору з другим тримачем пластин і спостережною оптикою в хід променів на відстані від 20 см до 30 см від вузької перешкоди (рис. 16).
• Розглянь тінь вузької перешкоди крізь спостережну оптику; за потреби підюстуй такі моменти: забезпеч паралельність світної щілини і перешкоди, освіти перешкоду симетрично, встанови оптимальну ширину світної щілини.
• За потреби під'єднай освітлювач до 6 В~, щоб уникнути засліплення (пор. рис. 12).

• Всунь червоний світлофільтр у гніздо освітлювача (рис. 17).
• Розглянь за допомогою спостережної оптики картину, що утворилася. Опиши письмово свої спостереження до і після всування червоного світлофільтра.
• Постав спостережну оптику приблизно за 80 см від перешкоди.
• Розглянь область тіні й запиши свої спостереження.

Рисунок 17