Гіпермаркет Знань>>Фізика і астрономія>>Фізика 11 клас>> Фізика: Дифракційна градка. Вимірювання довжини світлової хвилі за допомогою дифракційної градки

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 4. СПОСТЕРЕЖЕННЯ ІНТЕРФЕРЕНЦІЇ ТА ДИФРАКЦІЇ СВІТЛА. ДИФРАКЦІЙНА ГРАДКА. ВИМІРЮВАННЯ ДОВЖИНИ СВІТЛОВОЇ ХВИЛІ ЗА ДОПОМОГОЮ ДИФРАКЦІЙНОЇ ГРАДКИ

ІНТЕРФЕРЕНЦІЯ

Електромагнітні хвилі як змінне електромагнітне поле підлягають принципу суперпозиції,  який стосується  всіх без винятку полів, незалежно від їхньої природи. Поширюючись у просторі, вони не впливають одна на одну, але їхня дія на речовинні об'єкти проявляється як результат їхньої спільної дії на цей об'єкт. У цьому розумінні вживають термін «накладання хвиль». У перекладі латинською він звучить як «інтерференція». Проте в такому накладанні не завжди можна помітити ефекти, властиві лише хвильовим процесам.

Для електромагнітної хвилі діє принцип суперпозиції

Якщо на освітлений екран спрямувати пучок світла, то освітленість його просто збільшиться. Іншу картину можна спостерігати, якщо екран освітлювати двома пучками світла зі спільного джерела.

Такі пучки одержують різними методами. Розглянемо один із них. Візьмемо дві тонкі призми, які з'єднані між собою основами (біпризма) (мал. 4.47).

З одного боку від призм розмістимо точкове джерело світла S, аз другого — екран Е. Розбіжний пучок світла від точкового джерела падатиме на біпризму і заломлюватиметься в ній. Частина пучка, яка пройшла крізь ліву частину біпризми (мал. 4.47, а) заломлюватиметься праворуч до основи лівої призми. Друга частина пучка, яка пройшла крізь праву призму, заломлюватиметься ліворуч (мал. 4.47, б), до основи правої призми. Два пучки, які утворилися після проходження світла крізь біпризму, будуть так само розбіжними, як і первинний пучок. Вони матимуть однакову довжину хвилі (частоту), оскільки виходять з одного джерела. Якщо ж їх продовжити в протилежний бік від екрана, то кожен із них збіжиться в точці, в якій могло б бути джерело світла за відсутності біпризми. Одержані пучки, як і їхні уявні джерела, називають когерентними. Особливістю когерентних пучків є те, що в разі їх потрапляння на одну й ту саму ділянку екрана вони утворюють інтерференційну картину, в якій спостерігається сталий розподіл інтенсивностей освітленості частин екрана.

В інтерференційній картині спостерігається сталий розподіл інтенсивностей освітленості екрана

Щоб зрозуміти, чому на екрані утворюється інтерференційна картина, розглянемо описаний дослід детальніше. Кожен пучок після проходження крізь біпризму є окремою електромагнітною хвилею. Частини цих хвиль, які віддалені одна від одної на півхвилі , зобразимо на схемі суцільними і штриховими лініями (мал. 4.48).

Неважко помітити, що різні частини хвиль на екран потрапляють у різних фазах. Якщо в певну точку екрана надходять дві хвилі в одній фазі, то їхня дія підсилюється й освітленість екрана в цій точці збільшується.

Якщо ж хвилі надходять у певну точку у протифазах, то їхні дії компенсуються. Якщо амплітуди цих хвиль однакові, то ця точка екрана взагалі буде темною.

У разі інтерференції світла діє закон збереження енергії. Поява темних смут у раніше суцільно освітленій картині не означає, що загальна енергія світла, яке падає на екран, зменшилася. Ця енергія розподілилася між темними і світлими смугами інтерференційної картини. У темних смугах інтерференційної картини освітленість завжди менша, ніж за рівномірного освітлення некогерентними пучками. У світлих смугах освітленість завжди більша, ніж за рівномірного освітлення. Середня освітленість всієї інтерференційної картини на екрані в обох випадках буде однаковою.

Положення темних і світлих смуг в інтерференційній картині на екрані можна розрахувати. Для цього розглянемо схему описаного вище досліду (мал. 4.49).

У довільну точку А на екрані світло від когерентних джерел S₁ і S₂ надходить із певним зміщенням фаз, оскільки фронти хвиль проходять різні відстані. На схемі S₁A < S₂A. У такому разі кажуть, що у двох пучків є різниця ходу Δl = S₂A - S₁A.

Якщо різниця ходу Δl дорівнює парній кількості півхвиль, то в даній точці екрана освітленість буде максимальною:

де  — довжина хвилі; k = 1, 2, 3, ..., n.

Якщо ж різниця ходу Δl дорівнює непарній кількості півхвиль, то в даній точці екрана спостерігатиметься послаблення освітленості:

Біпризму, дослід з якою описаний вище, називають біпризмою Френеля, на честь одного з відомих дослідників властивостей світла.

Явище інтерференції властиве великому діапазону електромагнітних хвиль.

ЗАПИТАННЯ

1. Яке явище називають інтерференцією світла?
2. Чому не можна спостерігати інтерференцію на екрані, освітленому двома звичайними лампами?
3. Які джерела світла називають когерентними?
4. З якою метою в оптиці застосовують біпризму Френеля?
5. Яка умова максимуму в інтерференційній картині?
6. Яка умова мінімуму в інтерференційній картині?
7. Як виконується закон збереження енергії за інтерференції світла?

Є.В. Коршак, О.І. Ляшенко, В.Ф. Савченко, Фізика, 11 клас
Вислано читачами з інтернет-сайтів  

_{Повний перелік тем з фізики, календарний план по всім предметам згідно шкільної програми, домашня робота, курси та завдання з фізики для 11 класу}

Зміст уроку
 конспект уроку і опорний каркас                      
 презентація уроку 
 акселеративні методи та інтерактивні технології
 закриті вправи (тільки для використання вчителями)
 оцінювання 

Практика
 задачі та вправи,самоперевірка 
 практикуми, лабораторні, кейси
 рівень складності задач: звичайний, високий, олімпійський
 домашнє завдання 

Ілюстрації
 ілюстрації: відеокліпи, аудіо, фотографії, графіки, таблиці, комікси, мультимедіа
 реферати
 фішки для допитливих
 шпаргалки
 гумор, притчі, приколи, приказки, кросворди, цитати

Доповнення
 зовнішнє незалежне тестування (ЗНТ)
 підручники основні і допоміжні 
 тематичні свята, девізи 
 статті 
 національні особливості
 словник термінів                          
 інше 

Тільки для вчителів
 ідеальні уроки 
 календарний план на рік 
 методичні рекомендації 
 програми
 обговорення

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.