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

37279. ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ JAVA И JAVAFX ДЛЯ РАЗРАБОТКИ ВИРТУАЛЬНЫХ ЛАБОРАТОРИЙ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ 912.5 KB
  Методы моделирования в настоящее время внедрились практически во все сферы человеческой деятельности: технические, социально-экономические, сложные экономические, общественные, сферы международных отношений и др. Это связано с необходимостью расширения и углубления знаний реального мира. Существует множество реальных объектов и процессов, информацию о которых мы не можем получить из-за малости или масштабности размеров (объекты микро- и макрокосмоса); высоких или криогенных температур.
37281. Бухгалтерский и налоговый отчет в компании ООО «Экопласт» 423 KB
  Эти взаимоотношения основаны на различных денежных расчетах в процессе заготовления производства и реализации продукции товаров работ или услуг. Учет поступления товаров Дадим определение товаров на основании нормативных документов применяемых в Российской Федерации. Все операции куплипродажи товаров осуществляются на основании договора куплипродажи и его разновидностей договор поставки договор розничной куплипродажи и т. Основными целями бухгалтерского учета товарных операций является: своевременное и полное отражение на счетах...
37282. История отечественного государства и права. Часть 1 1.98 MB
  ЛОМОНОСОВА История отечественного государства и права. ВВЕДЕНИЕ История отечественного государства и права есть закономерная смена типов и форм государства а также правовых систем на территории нашей Родины. Как историческая наука история государства и права часть истории человечества тесно связанная с историей народного хозяйства культуры и других отраслей человеческой деятельности но в то же время сохраняющая относительную самостоятельность и обладающая четко выраженным объектом исследования. Однако прежде всего история государства и...
37284. Система управления частоты вращения турбины построенная на центробежном датчике 1.06 MB
  2Система управления частоты вращения турбины построенная на центробежном датчике. На рисунке5 показана принципиальная схема системы управления скоростью вращения паровой турбины. Центробежный датчик создает механическое перемещение плунжера золотника зависящее от скорости вращения турбины Так как на выходе этого датчика сила и перемещение невелики то чтобы по лучить мощность достаточную для управления клапаном регулирующим расход пара к турбине его нужно усилить с помощью...
37285. МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ПО ВИРІШЕННЮ ЗАДАЧ З МЕХАНИКИ ТА МОЛЕКУЛЯРНОЇ ФІЗИКИ 4.36 MB
  Кінематика поступального руху матеріальної точки Закон руху матеріальної точки вважається заданим якщо можна визначити положення точки в будьякий момент часу в даній системі відліку. Головна задача кінематики: знаючи закон руху точки визначити всі кінематичні величини які характеризують її рух. Зворотня задача кінематики: за кінематичними характеристиками руху визначити закон руху точки. В кинематиці закон руху точи задається одним з трьох способів.
37286. Автогенератор с автотрансформаторной обратной связью 815.67 KB
  Коэффициент обратной связи на резонансной частоте 8. Поэтому коэффициент обратной связи оказался независимым от частоты что справедливо при относительно невысоких частотах в половину меньших граничной частоты транзистора. С повышением частоты схема замещения автогенератора усложняется и коэффициент обратной связи должен рассматриваться с учетом перечисленных факторов. Амплитуда генерируемых колебаний определяется из уравнения баланса амплитуд Регулировка амплитуды колебаний производится изменением величины коэффициента обратной...
37287. Особенности ведения и учета налога на прибыль бюджетными организациями 432.5 KB
  Налоговый учет осуществляется для формирования полной и достоверной информации о порядке учета для целей налогообложения хозяйственных операций, осуществленных налогоплательщиком в течение отчетного (налогового) периода, а также обеспечения информацией внутренних и внешних пользователей для контроля за правильностью исчисления, полнотой и своевременностью исчисления и уплаты в бюджет налога.