3740

Определение длины электромагнитной волны методом дифракции Фраунгофера

Лабораторная работа

Физика

Определение длины электромагнитной волны методом дифракции Фраунгофера Цель работы: Исследовать явление дифракции электромагнитной волны. С помощью дифракционной решетки проходящего света измерить длины электромагнитных волн видимого диапазона...

Русский

2012-11-05

40.5 KB

101 чел.

Определение длины электромагнитной волны методом дифракции Фраунгофера

1. Цель работы:

Исследовать явление дифракции электромагнитной волны. С помощью дифракционной решетки проходящего света измерить длины электромагнитных волн видимого диапазона.

2. Краткие теоретические сведения:

Дифракцией называется совокупность явлений, наблюдаемых при распространении света в среде с резкими неоднородностями и связанных с отклонениями от законов геометрической оптики. Явление дифракции заключается в перераспределении светового потока в результате суперпозиции волн, возбуждаемых когерентными источниками, расположенными непрерывно.

Дифракция световых волн, являющихся частным случаем волн электромагнитных, может быть объяснена с помощью принципа Гюйгенса-Френеля. Согласно этому принципу, каждая точка среды, до которой дошел волновой фронт, может рассматриваться как точечный излучатель вторичной сферической волны, причем излучатели когерентны между собой. Огибающая вторичных сферических волн определяет форму волнового фронта в следующий момент времени. Угол φ, на который отклоняется волна от первоначального направления при дифракции, называется углом дифракции.

Различают два вида дифракции. Если источник света и экран расположены от препятствия настолько далеко, что лучи, падающие на препятствие, и лучи, идущие в точку наблюдения на экране, образуют практически параллельные пучки, то говорят о дифракции Фраунгофера или дифракции в параллельных лучах. В противном случае говорят о дифракции Френеля. В данной лабораторной работе для исследования дифракции Фраунгофера используется дифракционная решетка проходящего света, которая представляет собой совокупность узких параллельных щелей, расположенных в одной плоскости (рис.1). Ширина всех щелей одинакова и равна b, а расстояние между щелями равно a. Величину d=a+b называют периодом (постоянной) дифракционной решетки. Если полное число щелей решетки равно N, то длина дифракционной решетки равна r=Nd. Обычно, длина щелей много больше периода решетки, а ширина щели b≥λ .

При наблюдении в параллельных лучах под углом j между лучами соседних щелей возникает одна и та же разность хода d •sin φ . Пройдя дифракционную решетку, волны интерферируют в плоскости экрана. Если в точке наблюдения М наблюдается интерференционный максимум, то разность оптических длин путей 1 и 2 должна быть равна целому числу длин волн:

Δx = mλ    m=0. 1. 2…   (1)

Таким образом, получаем:  dsinφ = mλ    m= 0,1,2…   (2)

Условие m=0 в формуле (2) соответствует значению φ =0 и определяет интерференционное условие для центрального максимума, формируемого недифрагированными волнами, приходящими в центр экрана в одной фазе. Значения m называют порядком дифракционного максимума.

Если освещать решетку белым светом, в максимумах каждого порядка должны наблюдаться спектральные линии различных цветов от фиолетового до красного.

Для наблюдения максимумов и минимумов параллельные лучи обычно собирают (фокусируют) линзой, а экран располагают в ее фокальной плоскости.

3. Экспериментальные результаты:

Фокусное расстояние L = 30 см.

Фильтр

1 порядок

2 порядок

Длина волны, в м.

l, см

λ, м.

φ, рад

l, см

λ, м.

φ, рад

1 порядок

2 порядок

Красный

3,9

6,446∙10-7

0,129

8

6,442∙10-7

0,261

6,432∙10-7

6,451∙10-7

Фиолетовый

2,5

4,152∙10-7

0,083

5

4,110∙10-7

0,165

4,145∙10-7

4,106∙10-7

Среднее значение длин волн:

 Для красного света:    λ = 6,44∙10-7 м.

 Для фиолетового света: λ = 4,13∙10-7 м.

4. Вывод:

В данной работе ставилась цель изучить явление дифракции электромагнитных волн и с помощью дифракционной решетки измерить длину соответствующей электромагнитной волны.

Я считаю, что результаты эксперимента соответствуют поставленной цели, т.к. независимо от порядка, длина волны остается постоянной.

5. Контрольные вопросы:

1. Максимум, какого наибольшего порядка может наблюдаться в данной дифракционной решетке?

Согласно формулы dsinφ = mλ, максимальный порядок будет тогда, когда sinφ = 1. Следовательно для красного света максимальный порядок будет 7, а для фиолетового света – 12.

2.  Дайте понятие дифракции. В чем сущность принципа Гюйгенса-Френеля?

Дифракция – совокупность явлений, наблюдаемых при распространении света в среде с резкими неоднородностями и связанных с отклонением от законов геометрической оптики. Согласно принципу Гюйгенса-Френеля, каждая точка среды, до которой дошел волновой фронт, может рассматриваться как точечный излучатель вторичной сферической волны, причем излучатели когерентны между собой.

3. Расскажите об устройстве и назначении дифракционной решетки проходящего света.

Дифракционная решетка представляет собой совокупность узких параллельных щелей, расположенных в одной плоскости. Дифракционная решетка, предназначенная для исследования и измерения длин волн света, проходящего сквозь неё.

4. Объясните порядок чередования цветов в спектре, полученном в п. 2 задания.

Если освещать решетку белым светом, в максимумах каждого порядка должны наблюдаться спектральные линии различных цветов от фиолетового до красного. В соответствии с формулой dsin(φ) = ± m∙λ   m = 0, 1, 2, 3,… линия красного цвета должна располагаться дальше от центра дифракционной картины по сравнению с линией фиолетового цвета в максимуме любого порядка. Следовательно, линия должна располагаются от центра дальше, чем больше её длина волны.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

54485. Героические образы в симфонической музыке 280 KB
  Цель. На примере творчества Д. Шостаковича и А. Пашкевича нацелить учащихся на понимание жизненного содержания музыки, которая воплощает образы реальных исторических событий – Великой Отечественной войны. Учить анализировать образное содержание и звучание музыки, находить общее в содержании разножанровых произведений.
54486. Музыка Чайковского как символ красоты, правды, искренности 81.5 KB
  Чайковского совершенствовать умения сравнивать музыкальные произведения формировать эмоциональнооценочное отношение к музыкальному произведению в процессе его интерпретации развивать способности творческого комбинирования воспитывать ценностные ориентации в сфере музыки. Оборудование: портрет Чайковского фонограммы карточки для составления модели музыкального произведения фильм Доживем до понедельника иллюстрации с сюжетом про вальс. Определение темы и задач урока 3 минуты Кто может назвать композитора чья музыка звучала...
54487. Предмет и метод экономической теории 17.71 KB
  В условиях рыночной экономики субъект, выполняющий экономические функции, называется экономическим субъектом (государство, различные фонды, объединения, ассоциации, фирмы и предприятия, домохозяйства, отдельный человек). В процессе деятельности экономических субъектов возникает экономическое явление.
54488. Музичні захоплення 157.5 KB
  Many people like music but “lovers of music” love it and try to fill every minute of their life with music. As a rule they don’t have much free time so they are very categorical in their choice of favourite music. A real “lover of music” chooses the best. And what about you? Do you belong to the category of “Music lovers”.
54490. Система уроков по теме «Музыка» 275 KB
  Ученики отвечают на вопросы. Ученики задают вопросы ученику возле доски ученик отвечает. Ученики слушают отвечают на вопросы. Ученики работают у доски и с места.
54491. The magic world of music 34.5 KB
  It is difficult to imagine our life without music .It helps us to live and relax. We are going to speak about music because it plays a great role in our lives. Music is everywhere It is in the streets, in the shops, in the parks, on the television sets.
54492. Жанры украинской народной музыки 940 KB
  Цель. Закрепить представления учащихся о жанровых особенностях украинской народной музыки. Повторить календарно-обрядные, исторические, колыбельные, шуточные песни, учащиеся должны продемонстрировать знания песенных жанров народной песни, ее особенностей, характерных признаков. Развивать вокально–хоровые навыки, эмоционально-чувствительный опыт учащихся. Воспитывать интерес к народной песне и уважение к народным традициям. Воспитывать эстетический вкус учащихся.
54493. Загадки про музичні інструменти 81.5 KB
  УДАРНІ ІНСТРУМЕНТИ Живий мертвого бє Живий мовчить а мертвий реве Барабан Тратата тратата Зверху шкіра знизу теж Всередині пустота. Барабан В руки палочки беремНе желаем его бьемТрамтамтам трамтамтам. Барабан Его не жалко никому Колотят палкой по нему. Барабан Сам пустий голос густий Дріб вибиває дітей збирає.