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

29097. Теории создания и юридических лиц 24.5 KB
  Теория фикции юридическое лицо это искусственное образование фактически не существующее так как за ним стоит лицо его создавшее. Фридрих фон Савинье Реалистическая теория особый организм с собственной волей. Теория социалистической реальности юридическое лицо служит решению государственных задач Генкин Теория коллектива работники воспринимаются как единое целое имеющие много прав. Теория директора руководитель представляет юридическое лицо.
29098. Классификация юр.лиц 13.31 KB
  В зависимости от формы собственности: государственные частные негосударственные По составу учредителей: Юридические лица учредителями которых являются только юридические лица союзы и ассоциации Только государственные унитарные предприятия Любые субъекты гражданского права все остальные юридические лица В зависимости от форм собственности: оперативного управления на имущество учреждения казённые предприятия хозяйственного ведения государственные и муниципальные предприятия кроме казённых собственности на имущество все...
29099. Признаки и виды некоммерческих предприятий 13.83 KB
  Виды некоммерческих организаций: потребительских кооперативов общественных или религиозных организаций объединений учреждений благотворительных и иных фондов а также в других формах предусмотренных законом. Допускается создание объединений коммерческих и или некоммерческих организаций в форме ассоциаций и союзов. Признаки некоммерческой организации: не имеющая в качестве основной цели своей деятельности извлечение прибыли и не распределяющая полученную прибыль между участниками могут создаваться для достижения социальных...
29100. Признаки и виды коммерческих организаций 13.09 KB
  Обладают обособленным имуществом на права собственности хозяйственного ведения или оперативного управления иного вещного права; имущество может быть арендованным; Отвечают по своим обязательствам принадлежащим им имуществом; Приобретают и осуществляют от своего имени имущественные и неимущественные права; несут обязанности; Могут быть истцом и ответчиком в суде.
29102. Общая характеристика хозяйственных товариществ 83.28 KB
  Основные положения о хозяйственных товариществах и обществах 1. Хозяйственными товариществами и обществами признаются коммерческие организации с разделенным на доли вклады учредителей участников уставным складочным капиталом. Хозяйственные товарищества могут создаваться в форме полного товарищества товарищества на вере коммандитного товарищества. Участниками полных товариществ и полными товарищами в товариществах на вере могут быть индивидуальные предприниматели коммерческие организации.
29104. Общая собственность и ее виды 27.5 KB
  В зависимости от количества субъектов которым определенное имущество принадлежит на праве собственности выделяю два вида собственности: односубъектную право собственности на имущество принадлежит какомуто одному лицу будь то гражданин юридическое лицо государство или муниципальное образование; многосубъектную общую имущество находится в собственности двух или более лиц сособственников которые сообща осуществляют правомочия собственника. Отличительными признаками права общей собственности являются: 1 общее имущество; 2...
29105. Общая совместная собственность 26.5 KB
  Общая совместная собственность Доля участника совместной собственности в общем имуществе заранее не определена. Она устанавливается при разделе между участниками совместной собственности а также при выделе доли одного из них. Особенности: Доли не выявлены но предполагаются равными Владение пользование и распоряжение осуществляется при согласии в случае спора в суд Режим общей совместной собственности всеми проживающими в жилом помещении вне зависимости от родства и свойства. Виды совместной собственности: общая собственность супругов...