Загальна інформація
Застосування
Схема досліду
Якщо круглі отвори освітлювати когерентним світлом, то внаслідок дифракції та інтерференції виникають почергово концентричні світлі й темні кола.
Дифракція на круглих отворах має глибокий наслідок для роздільної здатності оптичних приладів. Так, наприклад, оправа об'єктивної лінзи мікроскопа діє як дифракційний круглий отвір.
Два розташовані близько один до одного об'єкти можна ще спостерігати окремо в мікроскоп лише тоді, коли центральний максимум яскравості дифракційної картини одного об'єкта збігається з першим мінімумом дифракційної картини іншого об'єкта.
Інша інформація (1/2)
Попередні знання
Вже має бути відомо, що дифракція та інтерференція відбуваються як на отворах, так і на перешкодах. Для цього варто перед тим виконати дослід "Дифракція на перемичці – теорема Бабіне".
Принцип
Коли діафрагми з отвором або круглі діафрагми освітлюють когерентним світлом, край відповідного об'єкта стає вихідною точкою елементарних хвиль, які інтерферують між собою.
На середній осі об'єкта ці елементарні хвилі мають різницю ходу, що дорівнює нулю, тож там і в діафрагм з отвором, і в круглих діафрагм міститься максимум яскравості.
Інша інформація (2/2)
Навчальна мета
Інтерференція відбувається як на діафрагмах з отвором, так і на круглих діафрагмах. На середній осі дифракційних об'єктів елементарні хвилі, що інтерферують, мають різницю ходу, яка дорівнює нулю, тож і в геометричній області тіні за круглими діафрагмами міститься максимум інтенсивності. Він називається плямою Пуассона.
Завдання
- Спостереження і порівняння інтерференційних картин
- Простеження виведення плями Пуассона
- Обчислення діаметрів діафрагм з отвором
Правила безпеки
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.
Теорія
Якщо плоский хвильовий фронт спотворюється перешкодою, то за принципом Гюйгенса з усіх місць спотворення виходять елементарні хвилі, які, накладаючись, інтерферують між собою.
Від краю круглої перешкоди дифраговані промені виходять синфазно. При накладанні будь-де на середній осі ці промені завдяки однаковим шляхам також завжди синфазні. Тому на середній осі завжди панує світло.
Якщо дифраговані промені мають різні шляхи, то залежно від різниці шляхів вони можуть інтерферувати конструктивно або деструктивно. Через радіально-симетричну геометрію інтерференційна картина складається з концентричних світлих і темних кіл.
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість | 1 | Оптична лава, l = 1000 мм | 08370-00 | 1 | 2 | Ковзна опора для оптичної лави | 09822-00 | 3 | 3 | Оправа зі шкалою на ковзній опорі | 09823-00 | 1 | 4 | Лінза в оправі, f=-50 мм | 08026-01 | 1 | 5 | Тримач пластин для 3 об'єктів | 09830-00 | 1 | 6 | Діафрагма з дифракційними об'єктами | 08577-02 | 1 | 7 | Екран, металевий, 300 мм x 300 мм | 08062-00 | 1 | 8 | Циліндрична опора expert | 02004-00 | 1 | 9 | Штангенциркуль із ноніусом | 03010-00 | 1 | 10 | Рулетка, l=2 м | 09936-00 | 1 | 11 | Діодний лазер, 1 мВт, 635 нм (червоний), з коротким стрижнем | 08761-99 | 1 |
|---|
Додаткове обладнання
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Кількість |
|---|---|---|
| 1 | Клейка стрічка | 1 |
| 2 | Білий аркуш паперу | 1 |
Складання та виконання
Складання
Схема досліду
Ковзні опори для утримання компонентів ставлять на оптичну лаву, як показано на рисунку, з рисками-мітками в таких положеннях.
- Ковзна опора з діодним лазером на 2 см.
- Ковзна опора з тримачем пластин і вставленою діафрагмою з дифракційними об'єктами на 20 см.
Для дослідження дифракції на круглих діафрагмах вигідно додати розсіювальну лінзу , щоб дістати збільшене зображення дифракційної картини. Її вставляють в оправу зі шкалою між лазером і дифракційним об'єктом приблизно на 13 см.
Діафрагму з дифракційними об'єктами всувають у тримач пластин так, щоб ряди діафрагм з отвором і круглих діафрагм стояли вертикально.
Екран закріплюють у циліндричній опорі і ставлять приблизно за 3 - 4 метри від діафрагми.
Виконання
На екрані, нормаль до поверхні якого спрямована вздовж оптичної осі, скотчем закріплюють аркуш паперу. Приміщення затемнюють.
Спочатку по черзі симетрично освітлюють лазерним світлом діафрагми з отвором.
Тепер на екрані спостерігаються концентричні кола. Щоб визначити діаметри, кола мінімумів позначають на аркуші.
Відстань між дифракційним об'єктом і екраном визначають рулеткою. Діаметри кіл визначають штангенциркулем.
Після цього освітлюють круглі діафрагми, інтерференційні картини яких спостерігають на екрані.
Опрацювання результатів
Опрацювання результатів (1/3)
Математичний розгляд дифракції на круглих перешкодах дуже громіздкий і складний. Тому тут без виведення наведено умови для перших трьох темних кіл. Якщо - діаметр діафрагми, - кут дифракції, а - довжина хвилі падаючого світла, то для гасіння справджується:
Якщо позначити через радіуси кіл мінімумів, а - відстань від дифракційного об'єкта до екрана спостереження, то справджується . За цим співвідношенням і (1) з перших трьох темних кіл остаточно отримують для діаметра діафрагми:
Опрацювання результатів (2/3)
Обчисли діаметри діафрагм з отвором і перевір свій результат. Наскільки твій результат відрізняється?
Результати
Опрацювання результатів (3/3)
Питання
Питання
Питання