12120

ИЗУЧЕНИЕ ДИФРАКЦИИ МОНОХРОМАТИЧЕСКОГО СВЕТА НА КРУГЛОМ ОТВЕРСТИИ

Лабораторная работа

Физика

Лабораторная работа № 5 ИЗУЧЕНИЕ ДИФРАКЦИИ МОНОХРОМАТИЧЕСКОГО СВЕТА НА КРУГЛОМ ОТВЕРСТИИ Цель работы: исследуя картину дифракции от круглого отверстия определить радиус этого отверстия. Оборудование: гелийнеоновый лазер телескопическая система линз насад

Русский

2013-04-24

502.5 KB

12 чел.

Лабораторная работа № 5

ИЗУЧЕНИЕ ДИФРАКЦИИ МОНОХРОМАТИЧЕСКОГО СВЕТА НА КРУГЛОМ ОТВЕРСТИИ

Цель работы: исследуя картину дифракции от круглого отверстия, определить радиус  этого отверстия.

Оборудование: гелий-неоновый лазер, телескопическая система линз, насадка на лазер, пластинка с отверстиями разного диаметра, линза.

Краткие теоретические сведения

Дифракция света представляет собой отклонение света от его прямолинейного распространения. Это явление возникает при наличии какого-либо препятствия на пути света (узкая щель, малое отверстие и т. д.).

Наблюдая дифракционную картину от круглого отверстия, можно определить радиус этого отверстия. Действительно, пусть плоская монохроматическая волна длиной падает на непрозрачную преграду с круглым отверстием радиуса r (рис. 1). 

Рис. 1

Волновую поверхность, входящую в отверстие, разобьем на кольцеобразные зоны (зоны Френеля) таким образом, чтобы расстояние от краев каждой зоны до точки  наблюдения Р отличалось на 2 (см. рис. 1). Если отверстие открывает четное число зон, то электромагнитные колебания, приходящие от соседних зон, взаимно погасят друг друга, и в точке Р будет наблюдаться минимум освещенности. Если отверстие открывает нечетное число зон, то в точке Р будет максимум освещенности. В случае дифракции Фраунгофера радиус отверстия можно определить по формуле

,  (1

где r – радиус отверстия; m – количество зон Френеля; b – расстояние от центра отверстия до точки наблюдения Р; – длина волны излучения.

Расстояние b измеряется на установке, длина волны излучения гелий-неонового лазера =632,8 нм. Для более точного определения числа пропускаемых через отверстие зон Френеля измерения проводятся для двух точекP1 и P2, находящихся на разных расстояниях от отверстия, для них количество зон Френеля в области отверстия отличается на некоторое целое число n.

Описание установки и методика измерений

Схема установки дана на рис. 2. Параллельный монохроматический пучок света от лазера 1 проходит через телескопическую систему линз 2 и падает на пластину с отверстиями 3. Телескопическая система предназначена для расширения диаметра светового пучка. Дифракционная картина, возникающая в точке Р1, отображается с помощью линзы 4 на сплошной экран 5 в точку Р1'. Если изменить положение линзы 4, то на экране получим дифракционную картину от другой точки наблюдения Р2.

Рис. 2

Пусть для точки Р1 открыто m зон, а для точки Р2 – на n зон меньше,
т. е.
m – n. Число n равно количеству переходов освещенности между максимумом и минимумом при перемещении линзы от положения "а" к положению "б" (рис. 3).

                                                           

Рис. 3

По формуле (1) определим радиус отверстия r для указанных положений линзы:

.                                 (2)

Решив совместно эти уравнения, получим

.  (3)

Из рис. 3 следует, что

.   (4)

Расстояния l1, l2 от пластины с отверстием до линзы измеряются непосредственно. Расстояния d1, d2 от дифракционной картины в точке Р1 или P2  до линзы вычисляются по известной "формуле линзы":

, (5)

где F – фокусное расстояние линзы; f1, f2 – расстояния от линзы до экрана 5 измеряются непосредственно на установке. Радиус отверстия r вычисляется по формуле (3).

Порядок выполнения работы

1. Включить лазер.

2. Собрать установку согласно рис. 2.

3. Установить линзу 4 так, чтобы на экране наблюдались одно или два кольца дифракционной картины и минимум освещенности в центре картины.

4. Определить значения l1 и f1.

5. Медленно приближая линзу 4 к экрану и наблюдая на экране изменение освещенности, отсчитать n = 5 переходов освещенности между минимумом и максимумом в центре картины.

6. Зафиксировав линзу после 5 изменений освещенности, определить расстояние l2 и f2.

7. По формулам (4) и (5) рассчитать величины d1, d2, b1, b2.

8. По формуле (3) рассчитать радиус отверстия r.

9. Повторить измерения 3 раза. Определить среднее значение <r>. Оценить погрешность измерения r.

10. Все результаты занести в таблицу.

                                                                                   Таблица

F

λ

l1

f1

d1

b1

n

l2

f2

d2

b2

r

<r>

1

2

3

Контрольные вопросы

1. Что такое зоны Френеля?

2. От чего зависит радиус зоны Френеля?

3. От чего зависит количество зон Френеля, открытых отверстием?

4. Как изменяется дифракционная картина при изменении положения линзы?

5. Вывести формулы (1) и (2).

6. Каковы особенности излучения лазера?

Библиографический список

к лабораторной работе № 5

1. Савельев, И. В. Курс общей физики: учеб. пособие / И. В. Савельев. – СПб.: Лань, 2005. – Т. 2. – гл. XVIII § 128.

2. Савельев, И. В. Курс общей физики. Волны. Оптика: учеб. пособие для втузов / И. В. Савельев. – М.: Астрель, 2003. – Т. 4. – гл. 5 § 5.4.

3. Кингсеп, А. С. Основы физики / А.С. Кингсеп, Локшин, Г. Р., Ольхов, О. А.. – М., 2001. – ч. 3 гл. 8.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

24840. Основные отличия локальных сетей от глобальных 17.98 KB
  Так как в последнее время эти отличия становятся все менее заметными то будем считать что в данном разделе мы рассматриваем сети конца 80х годов когда эти отличия проявлялись весьма отчетливо а современные тенденции сближения технологий локальных и глобальных сетей будут рассмотрены в следующем разделе. Класс локальных вычислительных сетей по определению отличается от класса глобальных сетей небольшим расстоянием между узлами сети. Это в принципе делает возможным использование в локальных сетях качественных линий связи: коаксиального...
24841. Сети отделов 27.32 KB
  Главной целью сети отдела является разделение локальных ресурсов таких как приложения данные лазерные принтеры и модемы. Обычно сети отделов имеют один или два файловых сервера и не более тридцати пользователей рис. Сети отделов обычно не разделяются на подсети.
24842. Сети кампусов 58.51 KB
  Сети этого типа объединяют множество сетей различных отделов одного предприятия в пределах отдельного здания или в пределах одной территории покрывающей площадь в несколько квадратных километров. Службы такой сети включают взаимодействие между сетями отделов доступ к общим базам данных предприятия доступ к общим факссерверам высокоскоростным модемам и высокоскоростным принтерам. Пример сети кампуса Именно на уровне сети кампуса возникают проблемы интеграции неоднородного аппаратного и программного обеспечения.
24843. Корпоративные сети 65.42 KB
  Сети масштаба предприятия корпоративные сети объединяют большое количество компьютеров на всех территориях отдельного предприятия. Для соединения удаленных локальных сетей и отдельных компьютеров в корпоративной сети применяются разнообразные телекоммуникационные средства в том числе телефонные каналы радиоканалы спутниковая связь. Пример корпоративной сети Непременным атрибутом такой сложной и крупномасштабной сети является высокая степень гетерогенности нельзя удовлетворить потребности тысяч пользователей с помощью однотипных...
24844. Вычислительная сеть 18.62 KB
  Качество доступа к ресурсу как глобальная характеристика функционирования сети может быть описана многими показателями выбор которых зависит от задач стоящих перед вычислительной сетью. Производительность вычислительной сети может быть оценена с разных позиций. С точки зрения пользователя важным числовым показателем производительности сети является время реакции системы особенно в той части которая относится к работе сети.
24845. Стандартные стеки коммуникационных протоколов 21.42 KB
  Три основных момента: Существует множество протоколов и хотя все они участвуют в реализации связи каждый протокол имеет различные цели выполняет различные задачи обладает своими преимуществами и ограничениями. Несколько протоколов могут работать совместно. В этом случае они образуют так называемый стек или набор протоколов Работа различных протоколов должна быть скоординирована так чтобы исключить конфликты или незаконченные операции.
24846. К локальным сетям - Local Area Networks (LAN) 13.54 KB
  Изза коротких расстояний в локальных сетях имеется возможность использования относительно дорогих высококачественных линий связи которые позволяют применяя простые методы передачи данных достигать высоких скоростей обмена данными порядка 100 Мбит с. В связи с этим услуги предоставляемые локальными сетями отличаются широким разнообразием и обычно предусматривают реализацию в режиме online.
24847. Глобальные сети - Wide Area Networks (WAN) 13.78 KB
  Так как прокладка высококачественных линий связи на большие расстояния обходится очень дорого в глобальных сетях часто используются уже существующие линии связи изначально предназначенные совсем для других целей. Изза низких скоростей таких линий связи в глобальных сетях десятки килобит в секунду набор предоставляемых услуг обычно ограничивается передачей файлов преимущественно не в оперативном а в фоновом режиме с использованием электронной почты. Для устойчивой передачи дискретных данных по некачественным линиям связи применяются...