Дифракція на подвійній щілині

Схема установки

Дифракція світла, хоч її й не завжди можна побачити, трапляється практично всюди в побуті, зокрема й на таких простих об'єктах, як подвійна щілина. У цьому досліді створюють належні умови, щоб хвильова природа світла стала видимою при проходженні крізь подвійну щілину. Це явище можна пояснити хвильовою моделлю світла за Гюйгенсом.

Попередні знання

Для цього досліду учням не потрібні особливі попередні знання.

Принцип

Коли пучок світла потрапляє на подвійну щілину, він там зазнає дифракції. За принципом Гюйгенса пучок світла, що надходить, розглядають як хвильовий фронт, причому кожна точка цього хвильового фронту є вихідною точкою нової хвилі - так званої елементарної хвилі. Окремі елементарні хвилі накладаються, і завдяки когерентності виникає інтерференційна картина.

Навчальна мета

Цим експериментом учні мають дійти висновку, що світло при проходженні крізь подвійну щілину зазнає дифракції і що за нею можна спостерігати дифракційну картину. Крім того, вони дізнаються, як відстань між щілинами та ширина щілини впливають на дифракційну картину.

Завдання

Учні мають дослідити, як при дифракції на подвійній щілині змінюється інтерференційна картина залежно від ширини щілини b та відстані між щілинами g, і 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 ділянку електромагнітного спектра. За допомогою дифракційних об'єктів, як-от подвійна щілина, можна спостерігати особливе явище світла - здатність до інтерференції, - яке вказує на хвильову природу світла.

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

• Склади з двох штативних стрижнів і змінної штативної основи оптичну лаву і приклади масштабну лінійку (рис. 1 і рис. 2).

Рисунок 1

• Склади освітлювач за рисунками 3 і 4 та затисни його в лівій частині штативної основи так, щоб він був повернутий боком з лінзою від оптичної лави (рис. 5).
• Всунь світлонепроникну діафрагму перед лінзу освітлювача (рис. 6).

Рисунок 3

Рисунок 4

Рисунок 5

Рисунок 6

• Встав регульовану щілину (світлову щілину) в тримач діафрагми (рис. 7, рис. 8) і закріпи його на оправі зі шкалою (рис. 9).
• Постав лінзу з f = +50 мм на оптичній лаві на позначці 6 см, а оправу зі шкалою - приблизно на 9,5 см (рис. 10).

Рисунок 7

Рисунок 8

Рисунок 9

Рисунок 10

• Постав одну лінзу з f = +300 мм приблизно на позначці 40 см, а другу лінзу з f = +300 мм - біля правого краю оптичної лави.
• Постав щільно перед правою лінзою ковзну опору з тримачем пластин (рис. 11).
• Постав другу ковзну опору з тримачем пластин і спостережною оптикою приблизно за 30 см праворуч від оптичної лави (рис. 12).

Рисунок 11

• Під'єднай освітлювач до блока живлення (12 В~) і увімкни блок живлення (рис. 13).
• Пересувай спостережну оптику вздовж оптичної осі, доки світлова щілина (регульована щілина) не буде різко зображена в площині спостереження.
• Встав діафрагму з 4 подвійними щілинами в праве гніздо другого тримача пластин (рис. 14).

Рисунок 13

1. Відстань між інтерференційними смугами

• Всунь подвійну щілину з b = 0,2 мм і g = 0,25 мм на оптичну вісь і закрий інші щілини світлонепроникною діафрагмою (рис. 15).
• За потреби доюстуй дослідну установку так, щоб світлова щілина і подвійна щілина йшли паралельно, подвійна щілина була освітлена рівномірно, а світлову щілину було встановлено так, щоб дифракційна картина була яскрава, але не засвічена.

Рисунок 15

• Встав червоний світлофільтр у гніздо освітлювача (рис. 16).
• Визнач за допомогою спостережної оптики відстань d між інтерференційними смугами і запиши виміряне значення для d.

Рисунок 16

• Виміряй відстань e спостережної оптики від правої лінзи (рис. 17) і запиши її.
• Внеси в хід променів 3 інші подвійні щілини, виміряй щоразу d і запиши виміряні значення.

Рисунок 17

Рисунок 18