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

10512. Основные приятные стороны пакета MySQL 124.5 KB
  Перечислю основные приятные стороны пакета MySQL. Многопоточность. Поддержка нескольких одновременных запросов. Оптимизация связей с присоединением многих данных за один проход. Записи фиксированной и переменной длины. ODBC драйвер в комплекте с исхо...
10513. Суперглобальный массив $_SERVER 54 KB
  Суперглобальный массив SERVER Одним из важнейших предопределенных массивов является массив SERVER в него PHPинтерпретатор помещает переменные полученные от сервера. Без данных переменных сложно организовать полноценную поддержку Webприложений. Ниже приводится описан...
10514. Ответственность за неисполнение денежных обязательств 36.5 KB
  Ответственность за неисполнение денежных обязательств. За их неисполнение начисляется процент. Основание ответственности. Для возникновения ответственности необходимы четыре элемента: Противоправное поведение: это неправильное поведение нарушающее дого
10515. Схема коммерческих отношений в трамповом судоходстве 52.5 KB
  Схема коммерческих отношений в трамповом судоходстве. Общая схема: Стивидорная компания чаще называется оператор терминала. Договор со стивидорной компанией заключает продавец лучше знает свойства груза. Договор с агентом заключается судовладе...
10516. Особенности работы агента в трамповом судоходстве 51 KB
  На капитана возложен контроль за качеством агентского обслуживания судна. Во всех спорных случаях право окончательного решения принадлежит капитану. Судовладелец вправе требовать от агента услуг и выполнения работ только в рамках законов правил и обычаев страны пр
10517. Коммерческое значение порта 45 KB
  Коммерческое значение порта. Порт это либо понятие географическое либо административно-управленческое. Соотношение портовых властей и коммерческих предприятий: такие как город и мэрия. За рубежом порт управляется общественным советом. Сюда входят представите...
10518. Буксирная помощь 36 KB
  Буксирная помощь. Как правило частные буксирные компании. С буксирными компаниями можно заключить отдельный долгосрочный договор тогда судовладелец обязан обращаться только к этой компании. Буксировка: внутрипортовая: содействие в маневрировании судна в пор
10519. Способы оплаты в морском бизнесе 42.5 KB
  Способы оплаты в морском бизнесе. оплата наличными: это только оплата. Предусматривает что получатель платежа может беспрепятственно и немедленно получить платеж в банке в день согласованного платежа. Так оплачиваются: фрахт, демеридж, мертвый фрахт...
10520. Согласование фрахтовой ставки 38.5 KB
  Согласование фрахтовой ставки. Надо согласовать 11 пунктов. ставка фрахта: арифметическая величина; валюта фрахта: доллары валюта в которой выражена фрахтовая ставка; фрахтовая единица: физическая единица на которой установлена ставка фрахта. Единица: ...