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

115 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

81798. Становление развитой научной теории. Многообразие вариантов формирования теории 32.4 KB
  Многообразие вариантов формирования теории. Роль теории в научном познании огромна. В процессе построения научной теории задействованы сеть базовых понятий совокупность методов методологические нормы и принципы данные экспериментов обобщения фактов и заключения теоретиков и экспертов.
81799. Проблемные ситуации в науке. Проблема включения новых теоритических представлений в науку 29.01 KB
  Если культура имеет жесткий механизм контроля над воспроизводством тогда она будет выталкивать из себя все чужеродное ей под культурой понимается не только духовная но и материальная ее часть. Если культура вовсе не будет иметь этого механизма то она в конце концов перестанет быть культурой сольется с окружающей ее средой. Очевидно что некоторые инновации культура будет отторгать как чужие. Так скажем традиционная культура может охотно позаимствовать телевидение или мобильную связь или какоенибудь иное техническое...
81801. Традиционность науки и виды научных традиций. Традиции и новации 29.55 KB
  Традиции и новации. Кун впервые рассмотрел традиции как основной конституирующий фактор развития науки. Он обосновал казалось бы противоречивый феномен: традиции являются условием возможности научного развития. традиции.
81802. Традиции и революции в науке. Научные революции как пререстройка оснований науки 30.76 KB
  Научные революции как пререстройка оснований науки. Этапы развития науки связанные с перестройкой исследовательских стратегий задаваемых основаниями науки см. Перестройка оснований науки сопровождающаяся научными революциями может явиться вопервых результатом внутридисциплинарного развития в ходе которого возникают проблемы неразрешимые в рамках данной научной дисциплины. В зависимости от того какой компонент основания науки перестраивается различают две разновидности научной революции: а идеалы и нормы научного исследования...
81803. Глобальные научные революции, их социокультурные предпосылки 33.12 KB
  Так создание механической картины мира сопровождалось борьбой двух научно-исследовательских программ ньютоновской и картезианской. Сущностные основания регулярного воспроизводства такой фазы развития науки как революция следующие при этом каждое последующее основание вытекает из предыдущего..
81804. Первая научная революция и формирование научного типа рациональности 29.03 KB
  В ходе этой революции сформировался особый тип рациональности получивший название научного. Научный тип рациональности радикально отличаясь от античного тем не менее воспроизвел правда в измененном виде два главных основания античной рациональности: вопервых принцип тождества мышления и бытия вовторых идеальный план работы мысли. Тип рациональности сложившийся в науке невозможно реконструировать не учитывая тех изменений которые произошли в философском понимании тождества мышления и бытия.
81805. Смена типов научной рациональности 41.37 KB
  С научной картиной мира связывают широкую панораму знаний о природе включающую в себя наиболее важные теории гипотезы и факты. Структура научной картины мира предлагает центральное теоретическое ядро фундаментальные допущения и частные теоретические модели которые постоянно достраиваются. Когда речь идет о физической реальности то к сверхустойчивым элементам любой картины мира относят принципы сохранения энергии постоянного роста энтропии фундаментальные физические константы характеризующие основные свойства универсума: пространство...