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

30986. Історія ХХ століття 1.06 MB
  ХІІ 1922 року зареєстрував 117 народжень 42 шлюби 53 смерті. В ніч на 5 квітня 1922 року біля 50ти бандитів напали на Романів напад був відбитий міліцією. Для допомоги незаможникам держава тільки весною 1922 року виділила Романівській волості на насіння 100 пудів гречки 100 проса 160 жита. Першого січня 1925 року по новому адміністративному поділу замість Миропільського району був утворений Романівський район в який увійшло 23 сільські ради з 70ма населеними пунктами та хуторами.
30987. Пластическая хирургия в ветеринарии 203.99 KB
  Это в нашей стране вышедшей из изоляции за последние 15 лет пластическая эстетическая хирургия претерпела настоящий бум. Термин же пластическая хирургия был введен Дезольдом в 1798 году. Хирургия пластическая восстановительная хирургия направление хирургии изучающее проблемы оперативного восстановления функции и формы частично или полностью утраченных органов исправления врождённых или приобретённых дефектов и деформаций устранения косметических недостатков. Пластическая хирургия подразделяется на реконструктивную и эстетическую.
30988. Клиническая диагностика 23.79 KB
  Наличие или отсутствие шумов или дополнительных тонов Различают два тона: Систолический при сокращении предсердий желудочков захлопыванием двух и трёх створчатых клапанов колебание стенок аорты и лёгочной артерии в момент систолы желудочков. Диастолический захлопывание полулунных клапанов аорты и лёгочной артерии колебаний этих сосудов в момент диастолы. Усиление второго тона может сопровождаться акцентом на аорте и лёгочной артерии возникает при повышении кровяного давления в большом круге кровообращения нефриты у лошадей при...
30989. ВИРОБНИЧО-ОРГАНІЗАЦІЙНА ТА ЕКОНОМІЧНА СТРУКТУРИЗАЩЯ ПІДПРИЄМСТВА 562 KB
  Іншими словами існування підприємства фірми повязується з тими перевагами які воно забезпечує у процесі виготовлення продукції порівняно з виробництвом тієї самої продукції без організації фірми. Сучасне підприємство це складна відкрита виробничогосподарська і соціальна система яка: складається із взаємозалежних частин виробництв цехів дільниць служб тощо діяльність яких впливає на кінцевий результат виробництва; взаємодіє із зовнішнім оточенням з якого в систему надходять необхідні для виробничої діяльності фактори...
30990. ПАТОЛОГИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ (КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ) 159.5 KB
  Приводит к почечной недостаточности. Неблагоприятно холодное течение воспаления при нейротоксикозе при недостаточности фагоцитарных процессов. Гипоэргия и анергия проявляются в виде недостаточности той или иной системы. Это вызывает снижение бронхиальной проходимости вплоть до возникновения дыхательной недостаточности.
30991. ІНФОРМАТИКА та КОМП’ЮТЕРНА ТЕХНІКА 6.63 MB
  Інформаційна технологія – це людино – машинна технологія збору, обробки та передачі інформації. Це технологія, яка базується на обчислювальній техніці, швидко розвивається, охоплюючи усі види сучасної діяльності: виробництво, управління, науку, освіту, проектні розробки, торгівлю, фінансово-банківські операції, медицину, криміналістику, охорону оточуючого середовища, побут та інше.
30992. Электронная торговля 881.5 KB
  Многие крупные компании уже давно прибегают к электронному бизнесу, электронной коммерции при проведении деловых операций. Электронный обмен данными (Electronic Data Interchange, EDI) по частным компьютерным сетям начался в 60-годы XX века. Он представлял собой обмен документами в стандартном виде
30993. Характеристика кормів, технологія заготівлі та способи їх ефективного використання у годівлі поросят 191 KB
  Особливості обміну речовин у поросят на початку постнатального періоду 1.4 Розвиток внутрішніх органів у поросят за різних рівнів годівлі.5 Раціони режим і техніка годівлі поросят 1.