Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

де і – номер досліду.

1. Обчислити: за формулою:

1. Обчислити відносну похибку вимірювань:

(5)

1. результати записати у вигляді:

1. Контрольні запитання

1. Як читаються перший та другий закони заломлення світла?

2. Що називають абсолютним, відносним заломленням світла?

3. Чи знаходяться падаючий і заломлений промені у одній площині?

4. Як відомо, скло – прозорий матеріал; однак бите скло непрозоре та має білий колір. Чим це пояснюється?

5. Чи буде вихідний промінь паралельний падаючому, якщо перед пластинкою і за пластинкою є різні середовища?

6. Де більше швидкість поширення світла: у повітрі чи у дослідному склі? У скільки разів? (таблиця 1)

7. Коли відносний показник заломлення світла другого середовища відносно першого буде більше 1, менше 1?

8. Визначити граничний кут при переході променів з алмазу в кристалічний цукор (таблиця 1).

1. Висновки

1. Оформлення звіту

Лабораторна робота №13 (2 години)

Тема Спостереження явища інтерференції світла

1 Мета роботи: спостерігати явище інтерференції світла.

2 Прилади і обладнання:

1. Дві скляні пластинки

2. Дротяна рамка на підставці

3. Мильна вода

4. Збиральна лінза

5. Екран

2. Загальні теоретичні положення

Інтерференція світлових хвиль – додавання двох хвиль, внаслідок якого спостерігається стійка з часом картина підсилення або послаблення результуючих світлових коливань у різних точках простору.

Для спостереження інтерференції хвилі повинні бути когерентними (согласованими), тобто, вони повинні мати однакову частоту (ω₁ = ω₂) і сталу різницю фаз (∆φ = φ₂ - φ₁ = const).

Отримати дві когерентні світлові хвилі від двох джерел практично неможливо, тому що велика кількість збуджених атомів джерел світла одночасно, самовільно (спонтанно) і хаотично за часом та за напрямком випромінюють це світло, яке, у наслідок цього, не є когерентним.

Але, за допомогою приладів, якщо взяти одне звичайне джерело світла, розділити пучок світла на два пучка, змусити їх піти різними шляхами з різними довжинами, а потім звести їх у одне й те саме місто, то при їх накладанні, виникне інтерференційна картина (чергування світлих і темних смуг - максимумів і мінімумів коливань).

Темні смужки відповідають послабленню коливань (інтерференційні мінімуми), а світлі смужки – їх посиленню (інтерференційні максимуми).

Розділити світловий промінь можна за допомогою двох щілин, звичайних і напівпрозорих дзеркал, плівки, біпризми (досліди з дзеркалами, біпризмами Френеля; лупою зі скляною пластинкою для спостереження кілець Ньютона ).

Певне значення частоти (ω, ν) характеризує колір світлової монохроматичної хвилі і у інтерференційній картині світлі смужки будуть того ж кольору, тому що при накладуванні хвиль їх частота не змінюється (ω, ν =const), а змінюється лише результуюча амплітуда коливань.

Щоб надати можливість світловим пучкам пройти різні шляхи з різними довжинами, для отримання різниці фаз (∆φ), використовують тонкі прозорі плівки змінної товщини. Світловий промінь одразу ж частково відбивається від зовнішньої поверхні плівки (утворюється 1 пучок), інша частина пучка, після заломлення, відбивається від внутрішній поверхні плівки (утворюється 2 пучок), які обидва потім йдуть у одному напрямку і за межами плівки накладаються один на одне, утворюючи інтерференційну картину. Але деяка частина світлового пучка повністю проходе скрізь плівку. Дивиться малюнок 1.

Малюнок 1. Схема досліду інтерференції у мильній плівці змінної товщини і зображення інтерференційної картини

При використанні у дослідах двох скляних пластинок маємо між ними повітряний шар змінної товщини, а при використанні дротяної рамки - мильну водяну плівку з клиноподібною формою, стовщеної донизу за рахунок сили тяжіння.

Якщо, при накладуванні хвиль відбувається посилення коливань, то різниця ходу хвиль дорівнює цілому числу довжин хвиль:

, (1)

де ∆d – різниця ходу, м;

λ – довжина хвилі, м;

k = 0, 1, 2, ... - порядковий номер максимуму інтерференції .

Дивиться малюнок 2а.

Якщо, при накладуванні хвиль відбувається послаблення коливань, то різниця ходу хвиль дорівнює непарному числу половини довжини хвилі:

, (2)

де k = 0,1,2,... – порядковий номер мінімуму інтерференції.

Дивиться малюнок 2б.

Малюнок 2. Посилення (а) і послаблення (б) двох хвиль при їх складуванні

1. Порядок виконання роботи

4.1 Старанно потерши скляні пластинки, скласти їх разом і стиснути пальцями.

1. Розглянути пластинки у відбитому світлі на темному фоні. При цьому пластинки слід розміщувати так, щоб на поверхні скла не виникали яскраві полиски (бліки) від вікон чи білих стін.

2. Зверніть увагу, що в окремих місцях дотику пластинок виникає інтерференційна картина у вигляді яскравих кільцеподібних або неправильної форми смуг. Змінивши стискання пластин, розглянути зміну форми й розміщення інтерференційних смуг.

3. Опустивши дротяну рамку в мильну воду, а потім витягнувши її, домогтися утворення мильної плівки.

4. Спрямувавши на плівку за допомогою лінзи біле світло, спостерігати виникнення на екрані інтерференційної картини у відбитому світлі у вигляді кольорових горизонтальних смуг (Малюнок 1).

1. Контрольні запитання

1. Які світлові хвилі називають когерентними?

2. Назвіть необхідні умови спостереження інтерференції світла.

3. Яким шляхом можна здобути когерентні хвилі від звичайного

джерела спонтанного випромінювання світла?

1. Навіщо дві скляні пластинки складають разом, а після їх стискають пальцями?

2. Як виглядає інтерференційна картина при освітленні плівки монохроматичним, білим світлом?

3. Чому відповідають на екрані темні і світлі смуги при спостереженні інтерференції?

4. Що буде на екрані від хвиль довжиною λ = 500 нм, якщо різниця ходу (∆d) така: 2000 нм, 1250 нм?

5. Поясніть, чому біле світло після відбивання від плівки дає , на екрані багатокольорову інтерференційну картину?

6. Чим пояснити виникнення кольорових смуг у тонкому шарі керосину, плаваючого на поверхні води?

7. Які властивості світла підтверджує явище інтерференції світла?

8. Поясніть навіщо і як просвітляють оптику (лінзи фотокамер), як досліджують якість відполірованої поверхні, використовуя явище інтерференції.

1. Висновки

1. Оформлення звіту

Лабораторна робота №14 (2 години)

Тема Вимірювання довжини світлової хвилі за допомогою дифракційної решітки

1 Мета роботи: дослідним шляхом виміряти довжину світлової хвилі.

2 Прилади і обладнання:

1. Електрична лампа з прямою ниткою розжарення (одна на весь клас)

2. Прилад для визначення довжини світлової хвилі.

1. Загальні теоретичні положення

При відсутності перешкод у однорідному просторі світло розповсюджується прямолінійно. Якщо є перешкоди, то за законами геометричної оптики за ними з’являються тіні, в яких світло не може з’явитись ( Малюнок 1а ).

Оскільки світло можна розглядати як хвилю, а не тільки як потік частинок (фотонів), то за законами хвильової теорії світло може з’являтись в області геометричної тіні або з’являтись і розповсюджуватись у напрямках, не співпадаючих з початковим напрямком світлового променя. Прикладом цього є існування світлої плями у самому центрі тіні від непрозорої кулі, що освітлюють з одного боку (дослід Френеля). ( Малюнок 1б ).

Коли на шляху світлової хвилі є перешкода (мікрочастинка, тонкий дріт, вузька щілина), лінійні розміри якої порівняні з довжиною λ хвилі, то після взаємодії з цією перешкодою світлова хвиля змінює свій напрямок розповсюдження.

Явище огинання хвилями країв перешкод і відхилення хвиль від прямолінійного поширення називається дифракцією хвилі.

Дифракцію можна спостерігати коли розміри перешкод d порівняні з довжиною λ хвилі (d ≈ λ). Існування явища дифракції можна пояснити за допомогою принципу Гюйгенса, а саме: у місці взаємодії світлової хвилі з перешкодою існують фіктивні когерентні світлові джерела, які по всім можливим напрямкам випромінюють когерентні світлові хвилі. Останні, об’єднуючись одна з одною, утворюють явище інтерференції, яка виглядає на екрані як сукупність світлих і темних смуг.

Малюнок 1. Взаємодія світлових хвиль з великими (а) і малими об’єктами (б)

Оскільки довжина світлової хвилі дуже мала λ ≈ 0,4 - 0,77 мкм, достатня ширина перешкод (прозорих щілин, непрозорих мікрочастинок) має бути порядку 1 мм.

Щоб дістати яскравішу інтерференційну картину на екрані, слід пропускати світло не через одну щілину, а крізь кілька паралельних вузьких щілин.

Для цього скористуємося дифракційною граткою, яка є сукупністю багатьох дуже вузьких щілин, розділених непрозорими проміжками. Ґратки виготовляють у вигляді пластинок з прозорої твердої речовини, на поверхні яких алмазним різцем наносяться штрихи, паралельні один одному.

Примітивними дифракційними гратками також є пташине перо, вії, кілька тонких паралельних дротів розташованих один біля одного.

Назвемо щілину і розташовану біля неї непрозору частину елементом гратки. Тоді ширину d одного елемента назвемо періодом ґратки.

, (1)

де d – період решітки, м;

а – ширина щілини, м;

b – ширина непрозорої частини для світлої ділянки між двома щілинами, м.

У цьому випадку відбувається інтерференція вторинних когерентних променів, які у різних напрямках йдуть від усіх щілин, в яких знаходяться фіктивні вторинні джерела когерентних хвиль.

Лінза, що зображена на малюнку 2, збирає паралельні когерентні хвилі в одну точку, положення якої на екрані задається відстанню h, що залежить від кута φ. Роль лінзи у досліді виконує око людини, яке баче інтерференційну картину.

Малюнок 2.- Принципова схема дослідної установки для визначення довжини світлової хвилі

Різниця ходу вторинних хвиль залежить від кута φ . Умова спостереження дифракційного максимуму матиме такий вигляд:

, (2)

де φ – кут між напрямками розповсюдження первинних та вторинних променів;

k = 0, 1, 2, …. – порядок максимуму;

Характеристики

Список файлов лабораторной работы