Ф. Крауфорд - Волны (1120526), страница 122
Текст из файла (страница 122)
9.14. «Угловой отражатель» состоит из трех плоских зеркал, соединенных под прямыми углами таким образом, чтобы образовать внутренний угол ящика. Покажите, что луч света, попавший в такой отражатель, выходит из него под углом 180' к первоначальному направлению, независимо от угла входа, если он отражается от всех трех зеркал. 9.15. Покажите, что плоская волна, нада«ощая нормально к поверхности У- образной призмы с углом А, откяоняется на угол 6, определяемый из равенства и з!п А =-з!и (А+6). 9.16. Лазерный пучок света (диаметром 1 вм), расходнмость которого определяется дифракцией, направлен на Луну. Каков диаметр освещаемой на Луне поверхностиу (Расстояние ло Луны равно-384 000 км, длина волны лазера 6328 А, рассеянием в ат«юсфере Зе ~ли пренебрегаем.) 9.17.
Опыт. Дифракцианиая картина от одной щели. Прикрепите кусок алюминиевой фольги к предметному стеклу. (Зго удобно сделать с помощью ленты скетча.) Острым ножом н,ли лезвием бритвы проделайте в фольге узкую щель. Держа ее близко к глазу, посмотрите на линейный источник белого света. Оцените полную угловую ширину центрального максимума. Оцените отнашекие длин волн красного н зеленого света, воспользовавшись соответствующими фильтрачн. С помощью красного фильтра и выполненной ныше оценки угловон ширины днфракинонпой картины оцеанте ширину щели (длина " «ны равна 6500»«). Имея увеличительное стекло, вы можете непосредственно измерить ширину щели, воспользовавшись миллиметровой шналой. Сравните оба резу.т тата.
9.18. Опыт. Иит«рфврвииия и дифракиия от двух щелей. С помои«ью метода, описанного в опыте 9.17, сделайте две параллельные щели, разделенные расстояш1ем около 0,5 мм. Пусг одна нз щелей будет длиннее другой иа 0,5 см. Это позволит быстро переходить от однощелевой к двухщелевой дифракции с помощью простого смещения щелей. Вы сможете увидеть, какая часть двухщелевой картины является «модуляцией одной щелью», возникающей от ненулевой ширины щели. Чтобы понять влияние расстояния «( между щелями, пропарапайте одну щель под небольшим углом у другой.
Советуем сделать много щелеи; из них вы сможете выбрать лучшие. 9.19. Опыт. Трехи)влезая картина. Для этого опыта нужно отобрать несколько хороших двойных щелей (опыты 9. 17 и 9,18). Проведите третью щель параллельно двум, но пусть она будет короче нх, чтобы вы могли быстро переходить от двухщелевой к трехщелевой картине. Важнейшим результатом наблюдения является сужение дифракционных максимумов при добавлении третьей щели. 9.20. Опыт. Коггрентность.
Размер «точечного» или линейного источники. Возьмите одиночную щель, ширина которой известна (оценена). Закройте источник света красным фильтром. Находясь достаточно далеко ат источника, вы можете наблюдать резкую картину дифракции от одной щели. Теперь приближайтесь к источнику. Найдите расстояние Г, при котором картина «раэмоетсям («Размытие» возникает на таком расстоянии, когда различные части нити лаьшы становятся независимыми источниками н перестают быть когерентными для разрешающего времени нашего глаза, см. п. 9.4.) Воспользуйтесь оценками размеров источника и щели, значением Г и формулой й (источник) ХГ) (щель) Ы для определения длины волны света. 9.21.
Опыт. Когерентность; зеркало Ллойда, «двойная щель, обеспечивающая когерентносты, Глядя на небо или на матову«о лампу через обычную двойную щель, помещенную перед глазом, вы не увидите интерференционных полос. Почему? Мы хотим создать двойную щель, которая позволяла бы наблюдать интерференционную картину даже с такими источниками света. Начнем с обычной одиночной щели, способ изготовления которой описан в опыте 9.!7. Теперь возьмем второе предметное стекло микроскопа и прислоним его к ребру первого стекла (со щелью) так, чтобы зеркальное иэображение щели во втором стекле было параллельно первой щели.
Соедините второе стекло с первым комком пластилина или какой-нибудь невысыхающей замазки так, чтобы можно было регулировать относительное положение стекол. »Гобейтесь такого их положения, чтобы расстояние между щелью и ее изображением было как можно меньше, скажем 0,5 ии. Сделайте зто, когда все устройство находится ва расстоянии 30 см от глаз, чтобы вы могли сфокусировать глаза на «двойной» щели, когда вы держите ее около яркого источника. Получив таким образам хорошую двойную щель, поместите ее перед глазам и сфокусируйте глаз на большое расстояние (т.
е. на источник света). Заметьте три или четыре «черные полосы», параллельные «двойной когерентной шелиа. Это места деструктивной интерференции (нулевая интенсивность) между пучком света от реальной щели и пучком от ее изображения. Изображение щели всегда полностью когерентно реальной щели. (Почему?) Благодаря изменению !~азы при отражении потоки ат щели и ат ее изображения сдвинуты по фазе на 180 . Ответьте на следующие вопросы (исходя из опыта и теории): будут ли «яркие» ливии так же ярки, как яркий фон, который вы видите с одной щелью? ярче? темнее? 922.
Опыт. Зажим для бумаг и зеркало Ллойда. (Сль опыт 92! ) Зажим для бумаг, освещенный лампой, является уэкил< линейным источником света. Г1оместнте параллельно щели предметное стекло микроскопа, используя его как зеркало (см. опыт, 9.2!). Получив хорошую <когерентную двойную щель» с расстоянием между щелями 0,5 ии, поднесите ее к глазу и постарайтесь рассмотреть темные интерференционные полосы, о которых говорилось в опыте 9.21.
Зтот опыт требует больших усилий, чел< опыт 9.2!. Падение света на зеркало должно быть возможно более скользящим, а источник света не должен ослеплять. 9.23. Опыт. Двухмерная дифракционнол картина, а) Посмотрите на удаленный источник уличного света через обычную оконную штору. Поверните се так, чтобы проекция расстояния ме»кду нитями материи была возможно меньшей. Как далеко доли<на находиться лампа диаметром 20 си (с матовой поверхностью), чтобы дать ногерентное освещение двух соседних нитей экрана? б) Поем<прите на уличный фонарь или на точечный источник (лампа карманного фонаря, см.
опыт 9.9) через различные материалы: шелковый носовой платок, нейлоновые носки, зонтик и т. д. а) Посмотрите на точечный источник света через две дифракционные решетки. Поворачивайте одну из них до тех пор, пока щели обеих решеток не станут перпен. дикулярны друг другу. Заметьте появление нескольких ярких «точек» под углом в 45' к двум взаимно перпендикулярным спентрам. Зто новое явление, которое нельзя объяснить простым наложением интенсивностей от двух решеток. Оно возникло от суперпозиции амплитуд света, рассеянного обеими решетками. Объясните с помощью схемы происхождение этих дополнительных «точек».
Дифракционная картина от двух скрещенных решеток аналогична дифракционной картине при отражении рентгеновских лучей ат одиночного кристалла. 467 9. 24. Опыт. Дифроки««оннпя решетка и пологи лропускония фильтров, Воспол ьзуйтесь дифракцнонной решеткой для измерения длины волны красного и зеленого света, проходящего через ваши фильтры.
Поместитеточечный или линейный источник вблизи стены (или двери) н сделайте на ней метку иа расстоянии 30 см от источника. Смотрите на источник через решетку, держа фильтр перед решеткой (или перед источниколг). Придвигайтесь и удаляйтесь от источника, пока интересующий вас цвет не покажется совпавшим с меткой на стене нлн двери. Изл«ерьте расстояния и вычислите длину волны. Зтот опыт дает возможность прокалибровать ваши фильтры. Запомните результат. (Теперь с помощью фильтров и решетки вы слюжете, не прибегая к геометрическим иэл~еренияь«, определить длину волны для других цветов.) 9.25. Опыт. Спектральные линии. Наберите немного соли на мокрую поверхность ножа (или ложки, нли гвоздя и т. п.) и поместите нож в пламя газовой горелки.
Смотрите на желтое пламя через решетку (этот опыт лучше делать ночью в темной кухне). Заметьте, что изображение желтого пламени в первом и более высоких порядках оказывается столь же резким и ясным, кан и «прямое» изображение нулевого порядка. Это объясняется тем, что желтый цвет образован спектральной «линней», ширина которой очень мала. (В действительности желтый ивет натрии представляет собой «дублет» из двух линий с длинами волн 5890 и 5896 А.) Теперь посмотрите на пламя свечи.
В нулевом порядке ее пламя мало отличается от пламени натрия: они оба кажутся желтыми. Но уже в днфракционном изображении первого порядка пламя свечи сильно размыто, тогда как спектр натрия сохраняет свою резкость. «Желтизна» свечи, обязанная излучению атомов углерода, имеет спектр, распространяющийся в обе стороны от видимого спектра. Мы перечислим некоторые источники света, дающие резкие спектральные линии. Советуем понаблюдать за ними с помощью решетки. Пары рту«пи: флюоресцентные лампы, лампы уличного света, лампы дневного света.
Пеон: трубки, используемые для рекламы. Неон дает большое число линий. Стронций. Растворите в воле немного хлористого сгропция н, смочив в растнаре кончик ножа, внесите его в пламя горелки, Длина волны красной линии стронция является известным стандартом частоты. Медь, Воспользуйтесь медным купоросом, его можно использовать так же, кзк хлористый стронций. Медный купорос дает прекрасный зеленый цвет. Углеводород. Посмотрите на спектр первого порядка пламени газовой горелнн. Вы увидите резкое и ясное изображение в синем и зеленом свете. «Синий» цвет пламени связан с одной нли несколькими почти монохроматнческими спектральными линиями.
9.26. Опыт. Полос»«фабра — Перо. Простым источником почти монохролгатического света является пламя горелки, в которую внесен кончик ножа, смоченный в растворе соли. Воспользуйтесь этим источником лля наблюдения полос Фабри— Перо. Посмотрите через пламя на его изображение в куске стекла (покровное стекло нли даже стекло, покрывающее картину или снимок]. Вы увидите полосы, поминающне отпечатки пальцев.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
