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

47794. Термічна обробка. Курс лекцій 620.5 KB
  Загальна характеристика термічної обробки Роль термічної обробки у матеріалознавстві Класифікація видів термічної обробки Основні положення теорії термічної обробки Роль термічної обробки у матеріалознавстві Фізикомеханічні і технологічні властивості металів і сплавів на практиці не задовольняють умовам виготовлення або експлуатації деталей виробів продукції машинобудування. Бочвар визначив такі види термічної обробки металів та сплавів залежно від характеру теплової дії: Власне термічна обробка ТО без зміни хімічного складу;...
47796. ТЕОРІЯ ЙМОВІРНОСТЕЙ І МАТЕМАТИЧНА СТАТИСТИКА 5.91 MB
  Класичне означення ймовірності появи події Ймовірність одне з основних понять теорії ймовірностей. Знайти ймовірність встановлення верстату що виготовлений: а третім заводом постачальником подія А; б першим заводомпостачальником подія В. Властивості ймовірності Ймовірність вірогідної події дорівнює одиниці. Ймовірність неможливої події дорівнює нулю.
47797. Информатика и вычислительная техника. Конспект лекций 3.51 MB
  Практические курсант должен по окончании курса иметь такие знания умения и навыки: Понятие информации ее виды формы и способы ее хранения передачи кодирования измерения; Назначение и функции операционных систем и операционных оболочек; Распространенное современное прикладное программное обеспечение назначение и основные функции систем обработки текстов электронных таблиц и их назначения системы управления базой данных Порядок составления алгоритмов и их реализацию. Создание базы данных в Microsoft Excel. Операции над базой...
47798. Основи екології. Курс лекцій 688.5 KB
  Науковотехнічний прогрес швидкість якого на декілька порядків перевищує швидкість адаптування організмів до змінених людиною умов існування породжує нові джерела збурення тиску на біосферу її забруднення знищення природних ресурсів катастрофічне зменшення біорозманіття. Трансграничні забруднення та локальні поліпшення стану довкілля за рахунок руйнування екосистем інших регіонів лише призведуть до подальшої деградації глобальної екосистеми та посилення небезпеки для всієї планети. Екологи України зробили вагомий внесок у розробку...
47800. Учёт и анализ расчётов с персоналом по оплате труда 421.5 KB
  Заработная плата представляет собой выраженную в денежной форме часть общественного продукта, которая выплачивается наёмному работнику исходя из количества и качества выполненного им труда, и максимальным пределом не ограничивается.
47801. Проект редуктора привода ленточного транспортера для перемещения багажа в аэропорту 1.15 MB
  Материалы для шестерни и зубчатого колеса выбираем по таблице «Механические характеристики сталей» При этом твердость поверхности НВ1 для материала шестерни устанавливаем на 20/25 единиц выше твердости поверхности НВ2.
47802. КУЛЬТУРОЛОГІЯ. КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ 2.5 MB
  Особистість у світі культури. Феномен української культури. Тенденції розвитку сучасної української культури. В загальній спрямованості сучасного гуманітарного знання до ствердження пріоритету індивідуальноособистісних сенсожиттєвих орієнтацій проблема всебічного осмислення культури постає однією з найактуальніших і безпосередньо повязується з виявленням найглибших світоглядних засад людського буття.