2515

Определение волны световой волны при помощи дифракции от щели

Лабораторная работа

Физика

Рассмотрим прохождение волны через узкую прямоугольную щель. Согласно принципу Гюйгенса каждая точка фронта волны, достигающей щели, является источником вторичных волн, распространяющихся во все стороны. Поверхность, огибающая эти волны и представляющая фронт прошедшей через щель волны.

Русский

2013-01-06

386 KB

20 чел.

Дата       Фамилия       Группа

 

Лабораторная работа №64

I.Название работы:

Определение волны световой волны при помощи дифракции от щели

Цель работы

Получить дифракционную картину от щели и с её помощью определить длину световой волны

II.Краткое теоретическое обоснование:

Рассмотрим прохождение волны через узкую прямоугольную щель шириной АВ=а (рис.2). Пусть щель освещается пучком параллельных лучей с длиной волны λ. Согласно принципу Гюйгенса каждая точка фронта волны, достигающей щели, является источником вторичных волн, распространяющихся во все стороны. Поверхность, огибающая эти волны и представляющая фронт прошедшей через щель волны (рис.2), заходит в область геометрической тени. Таким образом, при прохождении света через узкую щель имеет место явление дифракции.

Рис.2

Если за щель поставить линзу L (рис.3), то на экране Э фокальной плоскости линзы будет наблюдаться следующая картина. В центре (точка D на рисунке) в направлении падающих лучей будет видна яркая полоса, представляющая собой изображение щели, даваемое линзой по закону прямолинейного распространения света. Но на экране, кроме яркого центрального изображения щели, наблюдается ещё несколько изображений, значительно более слабых и Нерезко очерченных. Эти боковые изображения щели расположены симметрично по обеим сторонам центральной полосы и быстро убывают по яркости. Если на щель падает пучок монохроматических лучей, то на экране чередуются темные и светлые полосы, если же на щель падает пучок белого света, то боковые изображения будут спектрально окрашены. Возникновение боковых изображений щели объясняется дифракционными явлениями.

Рис.3

Для расчета дифракционной картины, получаемой за щелью, воспользуемся методом зон Френеля. Рассмотрим лучи, распространяющиеся за щелью под некоторым углом φ к первоначальному направлению (рис.3).Эти лучи соберутся в фокальной плоскости линзы в точке М. Для подсчета амплитуды колебания в этой точке рядом плоскостей, перпендикулярны пришедшим лучам и отстоят друг от друга на расстоянии λ/2, разделим фронт волны по ширине щели на зоны, называемые зонами Френеля. Эти зоны представляют собой ряд узких полосок одинаковой ширины, параллельных краям щели. Число зон Френеля, которое уложиться на ширине щели:

Точки, одинаково расположенные по отношению к границам зон, называются соответственными. Разность хода волн, выходящих из соответственных точек соседних зон, равна λ/2, т.е. нечетному числу полуволн. Поэтому колебания, приходящие в точку М  от двух соседних зон, будут гасить друг друга [см. уравнение (2)], так как приходят в точку встречи в противоположных фазах. В зависимости от величины угла φ в щели может укладываться четное или нечетное число зон Френеля. Если в щели укладывается четное число зон (z = 1,2,3,…), то действие каждой нечетной зоны подавляется, (гасится) действием соседней четной зоны. Следовательно, в данном направлении φ свет распространяться не будет и в токе М на экране получится темная полоса ( минимум света).

Если в щели укладывается нечетное число зон (z = 2k + 1), то для одной зоны не окажется парной зоны, свет, идущий от нее, не будет погашен, и в точке М будет наблюдаться светлая полоса (максимум света). Итак, темные полосы будут наблюдаться при условии (условие минимума света):

или . (3)

Светлые полосы будут наблюдаться при условии (условие максимума света):

или , (4)

где: к – называется порядком максимума, к = 1,2,3,…

В направлении φ = 0 наблюдается самая яркая полоса (центральный максимум нулевого порядка): в этом направлении колебания от всех зон проходят одинаковые оптические пути и приходят в точку О в одинаковых фазах. Затем, при постепенном изменении угла φ, т.е. при перемещении по экрану, по обе стороны от центральной полосы будут наблюдаться чередующиеся темные и светлые полосы. В направлениях, определяемых условием (4), будут наблюдаться светлые полосы: при к = 1 – максимумы первого порядка, при к = 2 – максимумы второго порядка и т.д. Знак «+» или «-» соответствует расположению полос справа и слева от центрально максимума нулевого порядка.

Распределение интенсивности света J в зависимости от угла φ дано на рис.4 (А – амплитуда колебания, с- коэффициент пропорциональности).

Данную дифракционную картину можно получить без помощи линзы, если экран находится на большом расстоянии l от щели (если выполняется условие , где а – ширина щели, λ – длина световой волны). Расстояние h меңду двумя минимумами одного порядка (рис.5).

При малых углах , а sin φ из условия минимума (3) имеет значение:

.

Тогда искомое расстояние: , откуда: . (5)

Рис.3

В данной работе предлагается изучить явление дифракции света от щели и, используя формулу (5), определить длины волн для различных цветов видимой части спектра.

III.Рабочие формулы и единицы измерения.

IV.Схема установки.

V.Измерительные приборы и принадлежности.

Установка для измерения световой волны

VI.Результаты измерения.

Цвет

светофильтра

п/п

а,

мм

h,

мм

l,

мм

k

λ,

мм

Δλ

Δλср

δλср

Красный

1

0,15

3

25

10

0,88

0,13

0,013

11%

2

0,15

35

35

1

0,73

0,02

3

0,15

4

45

2

0,65

0,1

Зелёный

1

0,15

2

25

10

0,58

0,02

0,05

8%

2

0,15

26

28

1

0,68

0,08

3

0,15

3

40

2

0,64

0,06

VII. Черновые записи и вычисления.

VIII. Основные выводы.

Получили дифракционную картину от щели и с её помощью определили длину световой волны


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

19629. Годівля кролів 28.91 KB
  2 Урок 33. Годівля кролів 1 год. Мета уроку: Засвоєння знань про годівлю кролів профілактику захворювань кролів; формування вмінь здійснювати догляд за кролями. Розвивати пам'ять спостережливість. Виховувати інтерес до сільськогосподарських тварин. Об...
19630. Сферы применения маркетинга. Принципы маркетинга. Этапы развития маркетинга. Основные стратегии маркетинга 149.5 KB
  Занятие 1. Предмет и задачи курса. Сферы применения маркетинга. Принципы маркетинга. Этапы развития маркетинга. Основные стратегии маркетинга. Внешняя среда предприятия. Виды рынков. Сегмент рынка. Инструментарий маркетинга. Развитие предприятий на основе маркети
19631. Задачи управления маркетинговыми исследованиями и пути их решения 85 KB
  Занятие 2. Задачи управления маркетинговыми исследованиями и пути их решения. Формирование программы исследований. Основные группы методов маркетинговых исследований. Использование результатов маркетингового исследования для принятия маркетинговых решений М...
19632. Товарная политика. Задачи товарной политики и пути их решения. Полезность товара. Цикл жизни товара 64 KB
  Занятие 3. Товарная политика. Задачи товарной политики и пути их решения. Полезность товара. Цикл жизни товара. Качество и ассортимент продукции. Торговая марка и брэнд товара.. Позиционирование товара на рынке. Задачи товарной политики и пути их решения. Маркет...
19633. Ценовая политика. Задачи ценовой политики и пути их решения. Типовые подходы к определению цены товара 48 KB
  Занятие 4. Ценовая политика. Задачи ценовой политики и пути их решения. Типовые подходы к определению цены товара. Система скидок и надбавок как инструмент согласования интересов предприятия и потребителя. Задачи ценовой политики и пути их решения. Цена денежно
19634. Коммуникационная политика. Задачи коммуникационной политики и пути их решения. Реклама и рекламная деятельность 83.5 KB
  Занятие 5. Коммуникационная политика. Задачи коммуникационной политики и пути их решения. Реклама и рекламная деятельность. Работа с общественностью по формированию положительного имиджа. Персональные продажи как эффективный метод продвижения товара. Задачи ко...
19635. Сбытовая политика. Задачи сбытовой политики и пути их решения. Продвижение и распространение продукции 95.5 KB
  Занятие 6. Сбытовая политика. Задачи сбытовой политики и пути их решения. Продвижение и распространение продукции. Основные функции решаемые системой сбыта. Задачи сбытовой политики и пути их решения. Главной задачей сбытовой политики предприятия является продви...
19636. Организация службы маркетинга на предприятии. Информационные технологии в маркетинге 58.5 KB
  Занятие 7. Организация службы маркетинга на предприятии. Информационные технологии в маркетинге. 1. Организация службы маркетинга на предприятии. Задача управления маркетингом заключается в воздействии на уровень время и характер спроса таким образом чтобы про...
19637. Маркетинговый план. Составление плана и бюджета маркетинговой деятельности предприятия 80.5 KB
  Занятие 8. Маркетинговый план. Составление плана и бюджета маркетинговой деятельности предприятия. Работа № 4. Маркетинговый план. Планирование деятельности является одной из основных функций управления поэтому такой вид деятельности как маркетинговая также п...