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

54025. Я вибираю життя без шкідливих звичок. Розвиток усного мовлення з теми 81.5 KB
  In 1870 the British Government adopted a law: every packet of cigarette must have a health warning on it. Now we have such a law in Ukraine. But very often a great number of modern advertisements show us beautiful girls or boys who smoke. And many teenagers want to imitate them. There are some rules, which don’t allow people to smoke in public places, such as cinemas, theatres, public transport etc.
54026. Ліквідація Української козацької держави 52.5 KB
  Мета: ознайомити учнів з подіями що передували процесу ліквідації Української козацької держави; розвивати навички роботи з історичною картою; вміння визначати причиннонаслідкові звязки подій; Виховувати в учнів почуття патріотизму інтересу і поваги до історичного минулого своєї держави. Після цього уроку учні зможуть: розкривати зміст термінів Малоросія наказний гетьман кріпацтво; називати прізвища видатних осіб цього часу; показувати на карті підручника територію Гетьманщини Запорозької Січі; розповідати про...
54027. Цікава лінгвістика 31.5 KB
  Другорядні члени речення. Напишіть власний твір про однорідні члени речення уявивши велику світлу споруду в якій дружно живе сімя однорідних членів речення суворо дотримуючись законів співжиття як люди у суспільстві. Другорядні члени речення Плин життя завжди вимагає змін. Ой варто було б побачити що сталося із другорядними членами речення.
54028. Цікаві завдання з української мови для учнів шостого класу 401.5 KB
  Цікаві завдання що включені до розповіді про подорож у пошуках скарбів різноманітні ігрові ситуації допоможуть дітям легше засвоїти граматичні категорії що стосуються зазначених тем. Вступ Призначення цієї книги - сприяти засвоєнню тем Іменник та Прикметник зокрема завдання побудовано таким чином щоб сформувати уміння визначати граматичні категорії слів зазначених частин мови розвивати словниковий запас учня. Завдання побудовано в ігровій формі їх можна виконувати як поодинці так і удвох з товаришем тоді мандрівку сторінками...
54029. Урочиста лінійка присвячена врученню свідотства про базову середню освіту в 9 класі 53 KB
  Хай здійсняться всі ваші бажання Ми ласкаво запрошуєм вас Список учнів ведуча зачитує список виходять діти встають на райдугу СПИСОК УЧНІВ 9 КЛАСУ 1. Класний керівник 9 класу 2. Право підняти державний прапор України надається учням 9 класу та Звучить гімн України. Довгополому надається учням 9 класу та Ведуча.
54030. Розробка уроку з музичного мистецтва для 7 класу 183 KB
  Добрим будь щедрим будь І з мистецтвом в добрий путь Мотивація навчальної діяльності Учитель. Учитель звертає увагу на карту України на якій нотами позначені місця повязані з темою уроку Полтава Львів Запоріжжя Київ карта України. Учитель. Як ви вважаєте які риси характеру Наталки передає її пісня учні за допомогою вчителя дають характеристику образу Наталки одночасно заповнюючи першу графу таблиці Характеристика образу Наталки Полтавки Герой Характеристика образу Музична характеристика героя Наталка Полтавка Проста...
54031. Общая характеристика лишайников как симбиотических организмов. Значение лишайников в природе и в жизни человека 2.3 MB
  Тимирязев назвал лишайники растением-сфинксом И в конце урока у нас должен получиться опорный конспект который поможет вам лучше подготовить домашнее задание и усвоить материал. Объяснение домашнего задания прочитать 58 ответить на вопросы к 58 выучить понятия подготовиться к ТО составить кроссворды ребусы по теме Почему лишайники являются пионерами растительности Изучение нового материала 1. Прочитайте 58...
54033. Листок – бічний орган пагона 44 KB
  Освітня: Ознайомити з зовнішньою і внутрішньою будовою листка; різноманітністю листкової пластинки, а також розміщенням їх на стеблі; дати нові поняття щодо теми; особливу увагу звернути на функції листка.