Загальна інформація
Застосування
Схема досліду
Якщо лазерний промінь падає на штрихову ґратку, то за нею через інтерференцію виникають мінімуми й максимуми інтенсивності, за положеннями яких можна визначити довжину хвилі лазерного світла.
Інтерференція - основоположне явище хвильової оптики, яке має багато важливих застосувань у фізиці. Так, наприклад, під час конструювання телескопів і мікроскопів треба зважати на явища інтерференції.
Щоб виміряти гравітаційні хвилі, за допомогою інтерференції двох лазерних променів, які долають дуже великі відстані, виявляють зміну довжини в просторі.
Інша інформація (1/2)
Попередні знання
Для розуміння цього досліду учні мають бути вже обізнані з хвильовою поведінкою світла. Крім того, має бути відомий принцип Гюйгенса. Для унаочнення може бути корисно перед цим показати інтерференцію хвиль на воді.
Принцип
Світлові хвилі лазера падають на ґратку. Щілини ґратки можна розглядати як вихідні точки елементарних хвиль.
Вони потрапляють на екран, де залежно від місця або підсилюються, або гасяться. Через це виникають мінімуми й максимуми інтенсивності.
Інша інформація (2/2)
Навчальна мета
Якщо лазерний промінь падає на ґратку, то за нею через інтерференцію виникають мінімуми й максимуми інтенсивності, за відстанями між якими можна визначити довжину хвилі лазерного світла.
Якщо зменшити відстань між щілинами ґратки, то відстань між максимумами збільшується, і вони стають чіткішими.
Завдання
- Спостереження інтерференційних картин на екрані (за потреби підійти наперед).
- Спостереження залежності інтерференційної картини від сталої ґратки.
- Обчислення довжини хвилі лазера.
Правила безпеки
Конче потрібно уникати того, щоб дивитися прямо в лазерне світло.
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Теорія
За принципом Гюйгенса періодичні структури оптичної ґратки діють як центри збудження елементарних хвиль, які інтерферують між собою. В інтерференційній картині при освітленні монохроматичним світлом тоді слід очікувати максимумів інтенсивності, коли різниця ходу часткових променів становить ціле кратне довжини хвилі .
Якщо відстань між ґраткою й екраном набагато більша за сталу ґратки , то часткові промені, які виходять із різних щілин і сходяться на екрані, приблизно паралельні один до одного. Тоді справджується:
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість | 1 | Оптична лава, l = 1000 мм | 08370-00 | 1 | 2 | Діодний лазер 0,2 / 1,0 мВт, 635 нм | 08760-99 | 1 | 3 | Тримач для діодного лазера | 08384-00 | 1 | 4 | Ковзна опора для оптичної лави | 09822-00 | 3 | 5 | Тримач пластин для 3 об'єктів | 09830-00 | 1 | 6 | Ґратка, 50 штрихів/мм | 08543-00 | 1 | 7 | Ґратка, 80 штрихів/мм | 09827-00 | 1 | 8 | Екран, металевий, 300 мм x 300 мм | 08062-00 | 1 | 9 | Рулетка, l=2 м | 09936-00 | 1 |
|---|
Додаткове обладнання
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Кількість |
|---|---|---|
| 1 | Клейка стрічка | 1 |
| 2 | Аркуш паперу | 1 |
Складання та виконання
Складання
Спершу ковзні опори оснащують лазером і тримачем пластин, а екран вставляють в основу. Першу ґратку вставляють у тримач пластин.
Подальше складання установки виконують так, як показано на рисунку.
Штрихова позначка ковзної опори для кріплення діодного лазера міститься на 2 см, а позначка ковзної опори з ґраткою - на 11 см.
Екран розміщують на кінці оптичної лави на 98 см.
Виконання
На екрані клейкою стрічкою закріплюють аркуш машинописного паперу.
Водорозчинним фломастером слід позначити максимуми кількох порядків дифракції ґратки, вставленої в тримач пластин.
Це повторюють із другою ґраткою.
Відстань між ґраткою й екраном слід визначити рулеткою.
Лінійкою або штангенциркулем із точністю визначають відстані між різними максимумами інтенсивності -их порядків.
Опрацювання результатів
Опрацювання результатів (1/3)
| для | для | |
|---|---|---|
| 1 | 55,0 | 87,5 |
| 2 | 110,0 | 177,5 |
| 3 | 166,0 | 268,0 |
| 4 | 222,0 |
За знятими даними довжину хвилі лазера можна обчислити так:
Як уже показано в теорії, для кута справджується:
За теоремою Піфагора для довжини хвилі випливає:
Опрацювання результатів (2/3)
| для | для | |
|---|---|---|
| 1 | 635,5 | 631,4 |
| 2 | 634,6 | 637,9 |
| 3 | 636,8 | 637,9 |
| 4 | 636,4 |
Питання
Питання
Опрацювання результатів (3/3)
Питання
Питання