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

90 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

47108. Купівля іноземної валюти 58 KB
  Ситуація: Під час проведення ревізії підво Сігал встановило: підво подало до свого банку заявку на купівлю 1000 за курсом 505 за 1 дол іноземна валюта придбавається для здійснення операцій пов’язаних з операційною діяльністю підва: при цьому комісійна винагорода банку за проведення операції становить 40 грн на дату надходження валюти НБУ 5 грн за 1 дол. 3 грн які не були оприбутковані в касу у розмірі – це 15 грн. Ситуація: на балансі підва значиться об’єкт ОЗ що має такі показники ПВ – 5000 грн знос – 1000 ЗВ – 4000 СВ – 5600....
47109. Картография почв и почвенные карты, разделение их по масштабам и назначениям 53 KB
  Картография почв и почвенные карты разделение их по масштабам и назначениям. Почвенная карта – специальная карта изображающая почвенный покров опред. Она дает наглядное представление о распространении почв на местности и их пространственном залегание. Картография почв – раздел генетического почвоведения изучающий почвенные карты методом их составления и использования.
47110. СССР и страны накануне и в начале Второй мировой войны 58.5 KB
  Пакт РиббентропаМолотова это министрынаркомы иностранных дел СССР и Германии. У Гитлера тоже была проблема на 2фронта: против Англии и Франции с 1стороны и СССР с др. СССР и Германия которые хотели избежать войны между собой 23 августа 1939г. Значение: СССР получил 2а года мира.
47112. Программы развития национальной экономики 61 KB
  В России в рамках федеральных целевых программ осуществляется: поддержка реформ в сфере образования и здравоохранения; реформа судебной системы; формирование рынка доступного жилья; модернизация АПК и создание условий для его устойчивого развития; строительство и совершенствование стратегически важных для страны объектов транспорта; поддержка государством реализации крупных транспортных инфраструктурных проектов; осуществление инновационных проектов и программ др. Реализация федеральных целевых...
47113. Конституційна організація державно влади та місцевого самоврядування в Уккраїні 59.5 KB
  Так єдиний орган законодавчої влади в Україні парламент Верховна Рада України. Гарантом державного суверенітету територіальної цілісності України дотримання Конституції України прав і свобод людини та громадянина є глава Української держави Президент. Єдиним органом законодавчої влади в Україні є парламент Верховна Рада України. Право законодавчої ініціативи у Верховній Раді України згідно з Конституцією України мають: Президент України; народні депутати України; Кабінет Міністрів України; Національний банк України.
47114. Методи розрахунку калькуляції та методи технологічних розрахунків 59 KB
  Система оплати праці в будівництві основна ст. 12 відрядна сдельная скільки заробив стільки отримав; відряднопреміальна за якістю економічністю виконаної роботи може бути надбавка до 40 зарплати; погодинна; погодиннопреміальна до 30 премія; акордна; договірна Форма оплати праці робітників визначається співвідношенням між виконаною роботою та розміром нарахованої за це заробітної плати. Залежно від того які показники приймаються за вимірник праці кількість виготовленої продукції чи кількість відпрацьованого...
47116. Архитектура и быт городов, транспорт 59.5 KB
  При создании проектов новых городов архитекторы начали уделять внимание связи микрорайонов с ландшафтом По мере развития бытовой техники в домах появлялись холодильники газовое а с 70х годов XIX в. Наиболее распространенными до конца XIX в. С 60х годов XIX в. К концу XIX в.