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

104 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

38838. МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ТА ВИМОГИ до виконання та захисту магістерської дипломної роботи 371.5 KB
  У процесі виконання дипломної роботи студент відповідно до кваліфікаційних вимог повинен виявити: знання загальнотеоретичних загальноекономічних професійноорієнтованих і спеціальних дисциплін які розкривають теоретичні основи та практичні питання щодо зовнішньоекономічної діяльності підприємства розробки та реалізації стратегії та тактики управління міжнародною комерційною діяльністю; вміння відбирати систематизувати та обробляти інформацію відповідно до цілей дослідження; вміння визначати і використовувати причиннонаслідкові...
38839. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ по выполнению выпускных квалификационных работ (ВКР) 195.5 KB
  Оформление выпускной квалификационной работы 8. Во время защиты она оценивает по следующим параметрам: соответствие структуры работы данным методическим рекомендациям; правильность и полнота использования источников охват исследуемой темы глубина анализа качество расчетной части и умение грамотно изложить выносимые на защиту материалы; своевременность представления материалов для проверки научному руководителю решающему вопрос о допуске к защите или необходимой доработке материалов; качество оформления отчетных материалов; ...
38840. МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ПО ВИКОНАННЮ ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТУ 308.5 KB
  МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ПО ВИКОНАННЮ ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТУ по спеціальності 5. Дипломне проектування як завершальний етап навчання підводить підсумки учбової і науководослідної роботи студента в коледжі і грає дуже важливу поважну роль в його підготовці до майбутньої самостійній роботі на автоексплуатаційних підприємствах в проектнотехнологічних і науководослідних організаціях автомобільного транспорту. Основними цілями дипломного проектування є з'являються узагальнення раніше отриманих одержувати знань і їх подальше дальше розширення а також...
38841. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОДГОТОВКЕ, ОФОРМЛЕНИЮ И ЗАЩИТЕ ВЫПУСКНЫХ КВАЛИФИКАЦИОННЫХ (ДИПЛОМНЫХ) РАБОТ 196 KB
  Выполнение дипломной работы. Содержание дипломной работы. Оформление дипломной работы18 6. Оценка дипломной работы.
38842. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО НАПИСАНИЮ, ОФОРМЛЕНИЮ И ЗАЩИТЕ ВЫПУСКНЫХ КВАЛИФИКАЦИОННЫХ РАБОТ 365.5 KB
  Описаны требования к оформлению и защите выпускной квалификационной работы. Выпускные квалификационные работы выполняются в формах соответствующих определенным ступеням высшего профессионального образования: для квалификации степени бакалавр в форме выпускной квалификационной работы бакалавра; для квалификации дипломированный специалист в форме дипломной работы проекта; Основные цели выпускной квалификационной работы: 1 систематизация закрепление и расширение теоретических и практических знаний студентов по избранной...
38844. Методические рекомендации по выполнению дипломного проекта 1.19 MB
  Дипломная работа выполняется в форме дипломного проекта. Каждому студентудипломнику назначается руководитель проекта как правило из числа преподавателей вуза. Выпускная квалификационная работа выполняется в форме проекта в соответствии с утвержденным Советом вуза Положением о выпускной квалификационной работе.
38845. Экспертная система комплексного диагностирования линейной части магистрального газопровода ЭС «Диагностика ЛЧ МГ» 3.02 MB
  В рамках проделанной работы проведено детальное обследование предметной области, составлен перечень функциональных задач, исследованы аналоги автоматизированных систем, спроектирована инфологическая модель предметной области, реализована ЭС «Диагностика ЛЧ МГ»
38846. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ДИПЛОМНОЙ РАБОТЫ 186 KB
  Плеханова Кафедра документоведения и документационного обеспечения управления МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ДИПЛОМНОЙ РАБОТЫ Для студентов специальности 032001. Петраченко Методические указания к выполнению дипломной работы для студентов спец. Методические указания к выполнению дипломной работы разработаны преподавателями кафедры документоведения и документационного обеспечения управления Саратовского государственного социальноэкономического университета на основании требований государственных образовательных стандартов высшего...