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

31787. Система нормативного регулирования аудиторской деятельности в РФ. Федеральный закон «Об аудиторской деятельности» 37.5 KB
  Федеральный закон Об аудиторской деятельности. К правовым и законодательным документам по аудиторской деятельности в РФ относятся: Гражданский кодекс РФ; Федеральный закон Об аудиторской деятельности N 307 от 30122008 в ред. N 80 О вопросах государственного регулирования аудиторской деятельности в РФ ; Положение о лицензировании аудиторской деятельности утвержденное Постановлением Правительства РФ от 29 марта 2002 г.
31788. Система нормативного регулирования бухгалтерского учета и отчетности в России 30.5 KB
  Целью нормативного регулирования бухучета является обеспечение доступа всем заинтересованным пользователям к информации предоставляющей объективную картину финансового положения и результатов хозяйственной деятельности предприятия. Рыночная экономика потребовала разработки новой системы нормативных документов регламентирующих вопросы организации и ведения бухгалтерского учета в организации а также определения роли государственных органов в ее создании. Все вопросы организации бухучета регламентируются Министерством финансов РФ.
31789. Система «стандарт-кост» 36.5 KB
  традиционный учет по полной себестоимости принятый в отечественной промышленности или стандарткост принятый в зарубежной практике; Система неполного ограниченного включения затрат в себестоимость по какомулибо признаку например по признаку зависимости расходов от объемов производства то есть система директкостинг. Отличия системы нормативных затрат стандарткост и нормативного метода учета затрат лежат в нескольких плоскостях: 1 В способе калькулирования себестоимости продукции и определения прибыли: в нормативном учете в...
31790. Особенности организации системы внутреннего контроля в субъектах малого бизнеса 37.5 KB
  Особенности организации системы внутреннего контроля в субъектах малого бизнеса Аннотация:В малом бизнесе внутренний контроль организуется на средства хозяйствующего субъекта по решению руководства для повышения эффективности управления. Определяя необходимость функционирования внутрихозяйственного контроля целесообразно рассмотреть элементы системы внутреннего контроля. Определяя необходимость функционирования внутрихозяйственного контроля целесообразно рассмотреть элементы системы внутреннего контроля. В научной и учебной литературе...
31791. Системы управленческого учета 41.5 KB
  Финансовый учет это система сбора и обработки информации о финансовом состоянии организации он включает в себя бухучет. На микроуровне к финансовому учету относится отчетность предприятия перед вышестоящим предприятием. Управленческий учет – это система сбора и обработки информации в целях принятия управленческих решений на всех уровнях управления предприятия.
31792. Концепция автоматизации поддержки принятия управленческих решений 34.5 KB
  2Необходима поддержка со сторон др делового лица 3Необходимо применение человеком технологий основанных на использовании современных технологий коммуникации – СППР. СППР – интерактивная АИС использующая модели выбора решений обеспечивающая пользователям удобный и эффективный доступ к централизованным информационным ресурсам и предоставляющая возможности по переработке и отображению информации. Структура СППР: 1Функциональная подсистема принятия решений. Включает: акомпонент формирования морфологических таблиц бкомпонент математических...
31793. Факторы, определяющие эффективность управленческих решений 27.5 KB
  К числу этих факторов следует отнести: законы объективного мира связанные с принятием и реализацией управленческих решений; четкую формулировку цели для чего принимается управленческое решение какие реальные результаты могут быть достигнуты как измерить соотнести поставленную цель и достигнутые результаты; объём и ценность располагаемой информации для успешного принятия управленческого решения главным является не объём информации а ценность определяемая уровнем профессионализма опыта интуицией кадров; время разработки...
31794. Типы управленческих решений и формы их поддержки 28 KB
  Традиционно управленческие решения принято разделять на аналитические и поисковые творческие. Творческий поисковый подход используют тогда когда ищут нестандартные не использовавшиеся в прошлом решения. Кроме того серьезным препятствием является неумение выявить существенную информацию необходимую для принятия решения иногда это называют неумением отделить фигуру от фона.1 пример задачи с перекладыванием спичек может служить хорошей иллюстрацией введения искусственных ограничений: чаще всего поиск решения лежит в области арифметики ...
31795. Метод имитационного моделирования управленческого решения 35 KB
  Метод имитационного моделирования управленческого решения. Имитационное моделирование это частный случай математического моделирования. Применение имитационного моделирования К имитационному моделированию прибегают когда: дорого или невозможно экспериментировать на реальном объекте; невозможно построить аналитическую модель: в системе есть время причинные связи последствие нелинейности стохастические случайные переменные; необходимо сымитировать поведение системы во времени. Цель имитационного моделирования состоит в воспроизведении...