Загальна інформація
Застосування
Схема досліду
Якщо світло падає на щілину або перемичку, світлові промені дифрагують на краях цих об'єктів і виникає інтерференція.
Теорема Бабіне стверджує, що інтерференційні картини щілини та перемички однакової товщини ідентичні, за винятком першого максимуму.
Застосування теорема Бабіне знаходить насамперед в електродинаміці. Там її можна використати, наприклад, для визначення електричного поля в отворі в нескінченно великій провідній площині. Для цього отвір і площину міняють місцями, бо за теоремою Бабіне вони поводяться однаково.
Інша інформація (1/2)
Попередні знання
Для розуміння цього досліду вже мають бути виконані простіші досліди з дифракційних явищ, як-от дослід «Визначення довжини хвилі лазера за допомогою оптичної ґратки».
Принцип
Якщо світло падає на дифракційний об'єкт, як-от перемичку чи щілину, то краї цього об'єкта є вихідними точками елементарних хвиль, які інтерферують між собою. Для інтерференційної картини має значення лише відстань між цими джерелами, а не те, що лежить між ними.
Отже, інтерференційні картини однаково широких щілин і перемичок відрізняються лише в першому максимумі - там, де відображається сам об'єкт.
Інша інформація (2/2)
Навчальна мета
На перемичці також відбувається дифракція, тож видно інтерференційну картину. Теорема Бабіне стверджує, що інтерференційні картини перемичок і щілин однакової ширини ідентичні, за винятком першого максимуму. Це пов'язано з тим, що вихідними точками елементарних хвиль, які інтерферують, завжди є краї дифракційного об'єкта.
Завдання
- Спостереження інтерференційних картин
- Тлумачення та пояснення результатів
Правила безпеки
Обов'язково треба уникати того, щоб дивитися прямо в лазерне світло.
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Теорія
Якщо паралельний світловий промінь падає на перемичку завширшки , то за принципом Гюйгенса крайні промені дифрагують на краях перешкоди. Оскільки промені виходять з одного джерела світла, вони проникають в область геометричної тіні як дві синфазні хвильові системи.
Якщо дифраговані крайні промені десь накладаються на середній осі області тіні, то через однаковий пройдений шлях вони завжди сходяться там синфазно, тобто на середній осі області тіні завжди панує яскравість. Якщо промені мають різницю шляхів у половину довжини хвилі або непарне кратне їй, то вони гасять одне одного. Залежно від різниці шляхів на екрані по черзі спостерігають максимуми та мінімуми яскравості.
Якщо перемичку замінити щілиною такої самої ширини, то, за винятком центрального максимуму яскравості, спостерігають таку саму інтерференційну картину.
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість | 1 | Оптична лава, l = 1000 мм | 08370-00 | 1 | 2 | Ковзна опора для оптичної лави | 09822-00 | 3 | 3 | Тримач пластин для 3 об'єктів | 09830-00 | 1 | 4 | Діафрагма зі щілиною, перемичкою і краєм | 08521-00 | 1 | 5 | Екран, металевий, 300 мм x 300 мм | 08062-00 | 1 | 6 | Циліндрична опора expert | 02004-00 | 1 | 7 | Рулетка, l=2 м | 09936-00 | 1 | 8 | Діодний лазер, 1 мВт, 635 нм (червоний), з коротким стрижнем | 08761-99 | 1 |
|---|
Додаткове обладнання
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Кількість |
|---|---|---|
| 1 | Клейка стрічка | 1 |
| 2 | Аркуш паперу | 1 |
Складання та виконання
Складання
Установку складають так, як показано на рисунку.
Діодний лазер стоїть на початку оптичної лави.
Щільно за ним міститься тримач пластин із діафрагмою з дифракційними об'єктами.
Екран закріплюють у циліндричній опорі та встановлюють на відстані приблизно 4 - 5 м від діафрагми.
Виконання
На екрані, нормаль до поверхні якого спрямована вздовж оптичної осі, клейкою стрічкою закріплюють аркуш паперу.
Діафрагму з дифракційними об'єктами пересувають у тримачі пластин так, щоб перемичка рівномірно освітлювалася лазерним світлом. Олівцем треба позначити положення мінімумів кількох порядків дифракції.
Не змінюючи відстані між діафрагмою та екраном, у хід променів тепер уводять щілину. Знову позначають положення мінімумів.
Насамкінець знову освітлюють перемичку. Відстань між діафрагмою та екраном тепер змінюють, пересуваючи екран. При цьому спостерігають інтерференційну картину.
Опрацювання результатів
Опрацювання результатів (1/3)
Дифракційні картини
На верхньому рисунку показано інтерференційну картину, що виникає внаслідок дифракції променя лазера на перемичці завширшки 0,6 мм. Порівняння з відповідною дифракційною картиною комплементарної щілини на нижньому рисунку унаочнює, що, за винятком центрального максимуму, обидві дифракційні картини ідентичні. Проте, на відміну від центрального максимуму картини щілини, центральний максимум перемички ще й розділений двома додатковими мінімумами.
Якщо пересувати екран, дифракційна картина перемички в центрі геометричної тіні завжди показує інтенсивний максимум - так звану пляму Пуассона.
Опрацювання результатів (2/3)
Питання
Питання
Питання
Опрацювання результатів (3/3)
Де інтерференція на перемичці могла б спричинити проблеми? Якщо дуже дрібні речі хочуть роздивитися під ____, їх треба освітити. Якщо об'єкти достатньо ____, то й на цих об'єктах відбувається ____, тож там, де насправді мав би бути об'єкт, видно ____ пляму.
