LABORATORY WORK № 62.1 STUDY OF THE PHENOMENON OF LIGHT INTERFERENCE

(COMPUTER VARIANT)

The aim:to study the phenomena of intenference of light

Instrumentation and appliances: computer.

The short theory

 

Interference pattern is alternation of light and dark strips (max and min).Distance between two neighboring maxima is defined by the formula:

y = ( l L ) d (13.1)

Where: λ – length of light wave, radiated by the source, L – distance from chink to screen, d – distance between the source of light.

Measuring a distance between maxima of interference picture y and distance from sources of light wave which is emanated by laser:

 

l = ( y d ) / L (13.2)

 

Experimental part

 

1. Choose a filter.

2. Get an interference picture on the screen.

3. Measure with a ruler a width of the interference picture in pixels.

4. Do such experiments for another filters.

5. Define the length of wave every light filter:

 

λ / y = λ2 / y2 = λ3 / y3= const. λ2 = λy2 /y

 

So L and d – constants as λ / y value, y – distance between maxima which is defined on formula: yn = Yn / k.

Number of pixels is measured with screen is measured simultaneously, after that a distance is divided on this number.

Results must be written into the list:

 

 

№ Color quantity λ, length of the wayі,nm
Red    
Blue  
Green  
Dark-red  

 

6. Put a thin plate on the way of one of light-pencils. (thickness of plate d = 10 mcm) clarity.For clarity you must take a green filter which when is deviated to maxima when one of the sources is closed by glass plate.(Glass plate is removing on the display by simultaneous pushing of two buttons of the mouse).

7. Measure the indicator of refraction:

(n-1)d=l1-l2

(n-1)d= k λ

n=1+ k λ / d,

where k – number of maxima of removing.

8. Put the thick on the way of the beams.

9. Define the thickness of the plate.

10. Make the conclusion.

 

Authors: Serpetsky B.A., the reader, candidate of physical and mathematical sciences.

Reviewer: Loskutov S.V., professor, doctor of physical and mathematical sciences.

 

14 ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 64.1 ДОСЛІДЖЕННЯ ДИФРАКЦІЇ ФРАУНГОФЕРА НА ДИФРАКЦІЙНІЙ РЕШІТЦІ

( КОМП’ЮТЕРНИЙ ВАРІАНТ )

Мета роботи - дослідити явище дифракції на дифракційній решітці. Визначити довжини хвиль λ лінійчатого спектру.

Прилади і обладнання: комп’ютер, комп’ютерна програма ”dr”.

Теоретична частина

Дифракцією називають сукупність явищ при розповсюдженні світла в середовищі з різкими неоднорідностями. В початковому вузькому сенсі дифракція є огинання хвилями перешкод, у сучасному, більш широкому – будь-яке відхилення від законів геометричної оптики при розповсюдженні хвиль. В звичайних умовах дифракцію світла спостерігають у вигляді нерізкої розмитої границі тіні освітленого предмета.

Явища дифракції зазвичай класифікують в залежності від відстаней між джерелом i точкою спостереження (екраном) та перешкодою, що розташована на шляху світла. Якщо ці відстані великі (нескінченно великі) то говорять про дифракцію в паралельних променях – дифракцію Фраунгофера. У протилежному випадку говорять про дифракцію в непаралельних променях – дифракцію Френеля.

Важливою для практичного застосування є дифракція на дифракційній решітці – оптичному приладі, який являє собою періодичну структуру, яка складається з великої кількості регулярно розташованих елементів, наприклад паралельних штрихів, які знаходяться на однаковій відстані один від одного. Основною характеристикою дифракційної решітки є її період d - сума довжин прозорого та непрозорого проміжків.

В напрямках, що визначаються формулою:

, (14.1)

утворюються максимуми інтенсивності світла. У формулі (13.1) - кут дифракції; - довжина хвилі; - порядок дифракційного максимуму, який приймає значення m = 0, 1, 2, …

13.2 Хід роботи

1. Запустити компьютерну програму ”dr”. Ознайомитись з теорією до роботи.

2. Вибрати решітку з періодом d1 або d2. Введіть цю величину за допомогою кнопочного перемикача.

3. Вивести на екран спектр еталону. Для цього натисніть на кнопку «еталон».

4. По дифракційній катині визначити за допомогою лінійки кути дифракції для перших трьох позитивних негативних порядків.Для переміщення лінійки поставте курсор за робочими вікнами ті натисніть ліву кнопку миші.

5. Виміряти за допомогою лінійки відстань хk між центральним та 1,2,3 максимумом.

6. За формулою головних максимумів дифракційної гратки розрахуйте її період для всїх трьох порядків. Запишіть середній результат.

Довжина хвилі еталонного джерела 640 нм.

7. Визначити сталу гратки виходячи з формули:

d xk = m λ L (14.2)

де m =1.2,3… - порядок дифракційного максимуму; L = 1м – відстань від щілини до екрану. Для цього натисніть кнопку «спектр». Дане випромінювання вміщує 4 спектральні лінії з різними довжинами хвиль.

8. Вивести на екран лінійчатий спектр. За допомогою лінійки визначте кути дифракції для всіх 4 спектральних ліній у 2 позитивних та 2 негативних порядків спектру.

Зверніть увагу на перекриття дифракційних спектрів великих порядків.

9. Виміряти за допомогою лінійки відстань xk для блакитної, зеленої, жовтої і червоної лінії. Розрахуйте довжини хвиль всіх спектральних ліній за формулою головних максимумів. Період гратки d був визначений раніше.

Розрахунки проведіть для першого та другого порядків для кожної спектральної лінії запишіть середній результат

10. Виходячи з формули (13.2) визначити довжини хвиль цих ліній.

За вказівками викладача введіть інше значення періода гратки, натиснувши відповідну кнопку.

Після цього повністю виконайте всі описані вище досліди для цього випадку.

11. Дослідити суцільний спектр.

Натисніть кнопку суцільний. З’явиться дифракційний спектр для звичайного білого світла. Спостерігати, як передуються кольори в спектрах малих порядків. Зверніть увагу на перекриття спектрів великих порядків. Як зміниться спектр для іншого значення d?

12. Зробити висновки.

 

Контрольні запитання

 

1. Яке явище називається дифракцією світла?

2. Що таке дифракційна решітка, для чого вона призначена?

3. Чому дифракційна решітка розкладує світло в спектр?

4. Різниця ходу та різниця фаз при дифракції на дифракційній решітці.

5. Написати умови виникнення дифракційного максимуму інтенсивності при дифракції на дифракційній решітці.

 

Література

1. Савельєв І. В. Курс загальної фізики т. 3.

2. Яворський В. М. , Детлаф А. А. Курс загальної фізики т . 3.

3. Фріш С. Е. , Тімофеєв А. В. Курс загальної фізики т. 3.

 

 

Методичні вказівки розробила доц. Серпецький Б.О.

Рецензент доц. Правда М. І.