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

11 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

42969. Доходы и расходы организации 605.54 KB
  Новосибирск Проверил: преподаватель кафедры ЭУЗ Ершова Татьяна Валентиновна Новосибирск 2010 План курсовой работы: План курсовой работы Доходы организации общие положения Доходы от обычных видов деятельности Операционные доходы...
42970. Расчет оборудования для вакуум-кристаллизации галургического хлорида калия на БКПРУ-4 1.03 MB
  Количество испаренной воды в каждой ступени рассчитываем по уравнению теплового баланса где Gn–количество щелока поступающего в nую ступень ВКУ кг ч; Сщел –теплоемкость щелока кДж кгС; tн –tк –перепад температур в nой ступени ВКУ С; rn –удельная теплота парообразования на nой ступени ВКУ кДж кг. Сводная таблица материального баланса Состав Приход кг ч Расход кг ч KCl раствор 8455216 3578556 KCl твердый 487666 NCl раствор 7241179 7241179 NCl твердый H2O раствор 27354605 24168545 H2O испаренная ...
42971. Принципиальная схема высокоэффективного импульсного регулятора напряжения постоянного тока 1.34 MB
  Регуляторыстабилизаторы напряжения или других параметров электроэнергии в цепях постоянного тока выполняются преимущественно на основе полупроводниковых приборов. На выходное напряжение преобразователя электроэнергии влияют различные факторы: изменение входного напряжения и тока нагрузки температура окружающей среды и др. Поскольку они вызывают изменения выходного напряжения их в этом смысле называют возмущающими. Точность поддержания напряжения при воздействии различных возмущающих факторов характеризуется соответствующими параметрами...
42972. Разработка ремонтной мастерской с ремонтно-технологической документацией на ремонт узлов металлоконструкции автомобильного крана 1.23 MB
  Определение годового объема работ по ТО и Р ремонтной мастерской и распределение трудоемкости по видам работ 15 1. Определение суммарного объема работ по ТО и Р 15 1. Годовой объем работ по отдельным зонам ремонтной мастерской 16 1. Распределение трудоемкости ТО по видам работ 17 1.
42973. Проектирование консольно-фрезерного станка 155.12 KB
  Серийным называется такое производство, при котором изготовление изделий производится партиями или сериями, состоящими из одноименных, однотипных по конструкции и одинаковых по размерам изделий.
42974. Разработка самозагружающегося скипового подъемника, предназначенного для загрузки составляющих в растворосмеситель 363.31 KB
  Дипломный проект состоит из расчетно-пояснительной записки содержащий 5 основных разделов и состоящий из 72 страниц машинописного текста и графической части состоящей из 9 листов чертежей. В расчётно-пояснительной записке дан обзор существующей российской техники для получения бетонной и растворной смесей и способов загрузки составляющих в смесители произведен расчёт на прочность скипового подъёмника а также расчет экономической эффективности рассмотрен вопрос безопасности жизнедеятельности приводится список используемой для выполнения...
42975. Цех ремонта сельхозтехники 103.5 KB
  – площадь застройки промышленного здания в пределах внешнего периметра наружных стен. – полезная площадь промышленного здания. Лёгкий бетон=1000 кг м3 Расчёт вспомогательных помещений Показатели для расчёта: Количество работающих во всех сменах: А=А1А2=8436=120 А1 – мужчины А2 – женщины Количество работающих в наиболее многочисленной смене: В=В1В2=4921=70 В1 – мужчины В2 – женщины Количество служащих: С=15 Вид помещений Показатель Значение Примечание Все вспомогательные помещения Площадь м2 504...
42976. Двухэтажный 4-квартирный жилой дом со стенами из керамических камней 87.5 KB
  Объемнопланировочное решение здания. Конструктивные решения здания. Характеристика района строительства Место расположения будущего здания в городе Рязань. Климатические условия района строительства: среднегодовая температура 38 0С минимальная зафиксированная температура 410С максимальная зафиксированная температура 380С продолжительность периода со среднесуточной температурой  0С составляет 145 суток количество осадков за год 644мм средняя месячная относительная влажность воздуха: наиболее холодного месяца...
42977. Цех по ремонту автотранспорта 61.5 KB
  Введение Исходные данные Характеристики климатического района Характеристика рельефа Характеристики огнестойкости и взрыво-пожаробезопасности Технологическая часть Направленность технологического процесса Технологические зоны Грузоподъемное оборудование Технологические зоны с агрессивными средами Объемно-планировочные решения Параметры проектируемого здания Помещения и перегородки Ворота Окна Полы Кровля Расчет количества водоприемных воронок Фасад...