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

14261. Передача национального колорита, эпохи через музыку 13.44 KB
  Передача национального колорита эпохи через музыку. Киномузыка участвующая в синтетическом целом произведения иногда может представлять свое собственное изображаемое время то есть не то время которое показано кинокадром. При различных ситуациях связанных с фабул
14262. Музыка и юмор, ирония, пародия, манера исполнения 13.58 KB
  Музыка и юмор ирония пародия манера исполнения. Музыка не может шутить ни над чем кроме самой музыки. Композитор подсмеивается над своей музыкой или над музыкой другого композитора. В распоряжении композитора тысячи способов сделать музыку смешной. Он может неожида
14263. Музыкальная драматургия театральных постановок (музыкально-драматический спектакль) 14.64 KB
  Музыкальная драматургия театральных постановок музыкальнодраматический спектакль. Музыкальной драматургией называется комплекс музыкальных выразительных средств которые раскрывают идейное содержание спектакля создают характерные образы действующих лиц показ
14264. Музыкальная драматургия оперы 14.96 KB
  Музыкальная драматургия оперы. Опера по определению А. Н. Серова это сценическое представление в котором происходящее на сцене действие выражается музыкою т. е. пением действующих лиц отдельно каждого или вместе или хором и силами оркестра в бесконечно разнообразн
14265. Музыкальная драматургия балета 13.73 KB
  Музыкальная драматургия балета. В основе муз. Д. лежат общие законы драмы как одного из видов исква: наличие ясно выраженного центр. конфликта раскрывающегося в борьбе сил действия и противодействия определённая последовательность этапов раскрытия драм. замысла эксп...
14266. Отличия либретто музыкально-драматического произведения (структура, язык) от словесной драмы 13.08 KB
  Отличия либретто музыкальнодраматического произведения структура язык от словесной драмы. Специфика муз. Д. учитывается уже при построении сценария и далее при разработке либретто. В тех случаях когда основой для создания либретто является готовое лит.драм. сочине
14267. Передача слуховых впечатлений, звукоподражание 14.2 KB
  Передача слуховых впечатлений звукоподражание. Звукоподражания в музыке. Как ни странно покажется это многим начну я разбор этой темы с фуги ремажор Баха. В этой фуге 4 голоса явно темброво разделены на 2 пары: 2 верхних голоса представляют собою 1 голос женщины а 2 нижни
14268. Воплощение в музыке положительного и отрицательного 13.78 KB
  Воплощение в музыке положительного и отрицательного. Исследователи теории аффектов устанавливали при каких обстоятельствах надо использовать те или иные способы музыкального выражения чтобы возбудить в слушателях ту или иную эмоцию. Так теоретик Кванц в одном из...
14269. Изменение эстетики кино с приходом звука 15.18 KB
  Изменение эстетики кино с приходом звука. Когда Эдисон в 1887 году построил свой кинескоп он имел в виду показать только смену кинокадров параллельно с чередованием звуков которые воспроизводились на изобретенном им ранее кинетофоне фонографе. Первые демонстрации нем