Comment réaliser l'expérience de la double fente de Young?

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L' expérience à double fente de Thomas Young était extrêmement importante dans le domaine de la théorie des ondes. Son expérience prouve que la lumière présente des propriétés ondulatoires. La lumière monochromatique, lumière constituée d'une seule couleur, est divisée à l'aide de deux fentes rapprochées. Deux ondes lumineuses cohérentes émergent de l'autre côté des fentes. La lumière cohérente, c'est-à-dire que les ondes ont la même fréquence et la même phase, interagira de manière à la fois constructive et destructive. Cette interaction provoque des franges claires et sombres basées sur une géométrie simple. Si ce modèle est en fait le résultat de l'expérience, il est prouvé que la lumière a des propriétés ondulatoires.

L'expérience à double fente de Thomas Young était extrêmement importante dans le domaine de la théorie
L'expérience à double fente de Thomas Young était extrêmement importante dans le domaine de la théorie des ondes.

Les franges claires et sombres sont causées par la différence de phase de la lumière lorsqu'elle est incidente sur un objet (c'est-à-dire un capteur de lumière). La lumière provenant de la fente inférieure doit parcourir plus de distance et il existe donc une différence de phase entre les deux rayons lumineux. Cette interaction entre ces deux ondes crée une frange claire, sombre ou intermédiaire.

En douceur le capteur de mouvement rotatif de l'autre côté du traducteur linéaire
Déplacez lentement et en douceur le capteur de mouvement rotatif de l'autre côté du traducteur linéaire.

Une zone où une frange lumineuse se produit, la différence de phase entre les deux ondes lumineuses cohérentes est de zéro degré. Par exemple, il n'y a pas de déphasage et les ondes s'additionnent pour créer une frange d'intensité maximale. Une zone où une frange sombre se produit, la différence de phase entre les deux ondes lumineuses cohérentes est égale à 180 degrés. À ce stade, les vagues s'additionnent et s'annulent complètement. Les franges intermédiaires se produisent lorsque la différence de phase se situe entre zéro et 180 degrés. En général, l'intensité de la frange diminue à mesure que la différence de phase entre les deux ondes lumineuses augmente de zéro à 180 degrés.

Pas

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    Mettre en place le banc optique:
    • Commencez par le banc d'optique devant vous avec le repère 0 centimètre (0,0 in) sur votre gauche.
    • Installez la diode laser au niveau du repère 0 centimètre (0,0 in) orienté vers la droite. Cela devrait demander peu d'efforts.
    • Montez l'appareil à fentes multiples sur son support approprié. Cela peut nécessiter une certaine force et fera un clic lorsqu'il est correctement installé. Le montage devrait s'avérer assez simple.
    • Installer l'appareil multi-fentes nouvellement assemblé sur le banc d'optique entre le repère 5 et 10 cm. L'ajustement sera effectué plus tard dans l'expérience aux paramètres de position et de fente.
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    • Retirez l'une des vis du translateur linéaire qui fixe la barre rainurée et retirez-la du cadre du translateur linéaire.
    • Installez le capteur de mouvement rotatif sur la barre rainurée. Ceci peut être réalisé en faisant glisser la barre rainurée dans le trou carré au centre du capteur de mouvement rotatif. Une note importante est que l'ensemble des poulies montées sur le capteur de mouvement rotatif doit être orienté vers le haut lorsqu'il est installé correctement.
    • Replacez la barre rainurée dans sa position d'origine et réinsérez la vis.
    • Vous devriez remarquer qu'une extrémité de la bielle a un diamètre légèrement plus petit et est filetée. Dans une main tenir la bielle avec l'extrémité filetée vers le haut. Placez le support d'ouverture sur la tige suivi du capteur de lumière en vous assurant que l'ouverture du capteur de lumière est fermement contre le disque rotatif composé d'ouvertures de différentes tailles.
    • Il suffit de visser la bielle (serrer à la main uniquement).
    • Montez cette pièce nouvellement créée en plaçant la bielle dans le dernier trou restant du capteur de mouvement rotatif, de sorte que l'appareil de capteur de lumière soit droit.
    • Serrez la vis de retenue sur le capteur de mouvement rotatif (serrez à la main uniquement).
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    Ce nouvel appareil est à monter sur le banc d'optique. Au bas du traducteur linéaire, vous devriez remarquer une tige filetée avec un écrou. Notez également que le banc d'optique a une fente étroite qui traverse le centre de la piste et que de chaque extrémité légèrement en dessous de la surface du banc d'optique, cette fente s'ouvre dans un canal plus large juste assez grand pour l'écrou au bas du traducteur linéaire.
    • Ajustez la position de l'écrou jusqu'à ce qu'il pénètre dans le canal le plus élevé et que le traducteur linéaire repose sur la surface surélevée du banc d'optique.
    • Faites glisser le traducteur linéaire le long du rail jusqu'à ce que le capteur de lumière se trouve à environ 1 mètre (3,3 pieds) de l'appareil à fentes multiples. Cela peut nécessiter de rapprocher l'appareil à fentes multiples de la diode laser.
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    Connectez tous les capteurs à l'interface PASCO.
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    Effectuez vos derniers ajustements:
    • Sélectionnez l'une des doubles fentes de l'appareil à fentes multiples, à ce stade, peu importe laquelle, en faisant tourner la roue à fentes multiples jusqu'à ce que la fente appropriée soit principalement alignée avec la diode laser. Vous pourrez sentir un léger craquement lorsque chaque groupe de fentes atteint cette position.
    • Allumez la diode laser en connectant l'alimentation et en basculant l'interrupteur à l'arrière de la diode laser. Notez qu'à côté de l'interrupteur marche/arrêt, il y a deux boutons. L'un ajustera la diode laser dans le sens vertical et l'autre dans le sens horizontal.
    • À l'autre extrémité du banc d'optique, ajustez le réglage de l'ouverture de la monture du capteur de lumière jusqu'à ce que la fente #3 soit sélectionnée.
    • Avec le laser allumé, ajustez les boutons horizontaux et verticaux jusqu'à ce que vous ayez créé un motif d'interférence et de diffraction (ressemblant à une ligne de lumière) qui brille à travers la fente étroite de l'appareil de capteur de lumière que vous venez de régler, en vous assurant que le motif est également perpendiculaire à la fente #3.
    • Configurez votre ordinateur, y compris un graphique sur l'intensité du traçage de Data Studio en fonction de la distance.
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    Réalisez l'expérience:
    • Sélectionnez un ensemble de fentes doubles appropriées de l'appareil à fentes multiples et faites-les tourner en position. Une chose à garder à l'esprit lors du choix est que plus la taille de la fente est petite, plus il sera difficile de détecter les maximums de valeurs m plus élevées.
    • Éteignez les lumières et ajustez l'écran de l'ordinateur afin de réduire la lumière ambiante.
    • Allumez la diode laser.
    • Déplacez le capteur de mouvement rotatif d'un côté du translateur linéaire.
    • Cliquez sur "Démarrer" dans Data Studio pour commencer à collecter des données.
    • Déplacez lentement et en douceur le capteur de mouvement rotatif de l'autre côté du traducteur linéaire.
    • Cliquez sur «Stop» pour terminer la collecte des données.
    • Assurez-vous de collecter les données suivantes pour une analyse plus approfondie et enregistrez/imprimez votre graphique.
      • Distance de fente = d (Les valeurs peuvent être trouvées sur l'appareil à fentes multiples)
      • Taille de la fente = a (Les valeurs peuvent être trouvées sur l'appareil à fentes multiples)
      • Distance entre l'appareil à fentes multiples et le capteur de lumière = l
      • Distances du maximum central aux autres maximums (voir graphique) = x
      • Longueur d'onde =
Faites glisser le traducteur linéaire le long du rail jusqu'à ce que le capteur de lumière se trouve
Faites glisser le traducteur linéaire le long du rail jusqu'à ce que le capteur de lumière se trouve à environ 1 mètre (3,3 pieds) de l'appareil à fentes multiples.

Conseils

  • Déplacez le capteur de mouvement rotatif à une vitesse lente et constante.
  • Rendez la pièce aussi sombre que possible. Cela ne peut pas être assez souligné et comprend également l'écran d'ordinateur.
  • Commencez avec des réglages de double fente plus larges et descendez progressivement.
  • Des ouvertures plus petites augmenteront à la fois l'exactitude et la précision. Toutefois, cela aussi faire l'expérience moins indulgent en raison de tout soubresauts lors des descentes.
  • Ne permettez pas de mouvement dans le sens vertical. Cela peut signifier pousser l'arrière ou l'avant du capteur de mouvement rotatif vers le bas pendant les traversées.

Mises en garde

  • Ne regardez pas directement dans la diode laser. Il cause des dommages permanents.

Choses dont vous aurez besoin

  • Banc d'optique
  • laser à diode et cordon d'alimentation
  • capteur de lumière
  • appareil de montage d'ouverture de capteur de lumière avec bielle
  • traducteur linéaire
  • appareil multi-fentes et support d'appareil
  • Studio de données
  • capteur de mouvement rotatif
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