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

21288. Методологія IDEF 387 KB
  Методологія IDEF Сімейство стандарту IDEF На даний момент до сімейства IDEF [ІДЕФ] можна віднести такі стандарти: IDEF0 методологія функціонального моделювання. За допомогою наочного графічного мови IDEF0 що розробляється система постає перед проектувальниками у вигляді набору взаємозалежних функцій функціональних блоків у термінах IDEF0. Як правило моделювання засобами IDEF0 є першим етапом вивчення будьякої системи; IDEF1 методологія моделювання інформаційних потоків усередині системи що дозволяє відображати і аналізувати їх...
21289. Відношення між класами 407 KB
  Відношення між класами Вступ Крім внутрішнього пристрою або структури класів на відповідній діаграмі вказуються різні відносини між класами. Базовими відносинами або зв'язками в мові UML є: Відношення залежності dependency relationship Ставлення асоціації association relationship Відношення узагальнення generalization relationship Ставлення реалізації realization relationship Кожне з цих відносин має власне графічне подання на діаграмі яке відображає взаємозв'язки між об'єктами відповідних класів. На діаграмі класів дане...
21290. Діаграма станів 479.5 KB
  Діаграма станів Вступ Розглянута в попередній лекції діаграма класів є логічний модель статичного подання модельованої системи. Справа в тому що характеристика станів системи не залежить або слабко залежить від логічної структури зафіксованої в діаграмі класів. Тому при розгляді станів системи припадає на час відволіктися від особливостей її об'єктної структури і мислити зовсім іншими категоріями які утворюють динамічний контекст поведінки модельованої системи. Тому при побудові діаграм станів необхідно використовувати спеціальні...
21291. Діаграма діяльності 625.5 KB
  Діаграма діяльності Вступ При моделюванні поведінки проектованої або аналізованої системи виникає необхідність не тільки уявити процес зміни її станів але і деталізувати особливості алгоритмічної та логічної реалізації виконуваних системою операцій. Для моделювання процесу виконання операцій в мові UML використовуються так звані діаграми діяльності. Застосовувана в них графічного багато в чому схожа на нотацію діаграми станів оскільки на діаграмах діяльності також присутні позначення станів і переходів. Кожен стан на діаграмі діяльності...
21292. Діаграма послідовності 571.5 KB
  Іншими словами хоча повідомлення і має інформаційний зміст воно набуває додаткове властивість надавати направлений вплив на свого одержувача. Повідомлення зображуються у вигляді горизонтальних стрілок з ім'ям повідомлення і також утворюють порядок за часом свого виникнення. Іншими словами повідомлення розташовані на діаграмі послідовності вище ініціюються раніше тих що розташовані нижче. Графічне зображення актора рекурсії та рефлексивного повідомлення на діаграмі послідовності 2.
21293. Методологія обєктно-орієнтованого аналізу і проектування ПЗ. Мова UML 72.5 KB
  Мова UML Зіставлення і взаємозв'язок структурного та об'єктноорієнтованого підходів Граді Буч сформулював головне достоїнство об'єктноорієнтованого підходу ООП наступним чином: об'єктноорієнтовані системи більш відкриті і легше піддаються внесенню змін оскільки їх конструкція базується на стійких формах. Буч відзначив також ряд наступних переваг ООП: об'єктна декомпозиція дає можливість створювати програмні системи меншого розміру шляхом використання загальних механізмів що забезпечують необхідну економію виразних засобів. Системи...
21294. Структурний підхід до проектування інформаційних систем 477 KB
  Основними з цих принципів є наступні: принцип абстрагування полягає у виділенні істотних аспектів системи і відволікання від несуттєвих; принцип формалізації полягає в необхідності суворого методичного підходу до вирішення проблеми; принцип несуперечності полягає в обгрунтованості та узгодженості елементів; принцип структурування даних полягає в тому що дані повинні бути структуровані і ієрархічно організовані. Кожній групі засобів відповідають певні види моделей діаграм найбільш поширеними серед яких є наступні: SADT...