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

101 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

52030. Множення дробів. Піднесення дробу до степеня 239 KB
  Мета: домогтися засвоєння учнями правил множення раціонального дробу на цілий вираз на дріб а також правила піднесення раціонального дробу до натурального степеня та виконання сумісних дій піднесення дробу до степеня та множення раціональних дробів; формувати вміння відтворювати вивчені правила та застосовувати їх під час виконання завдань на множення раціональних дробів та піднесення дробу до степеня; вдосконалювати вміння виконувати скорочення раціональних дробів та знаходити ОДЗ дробового виразу; розвивати мислення...
52031. Короткі історичні відомості (від абака до нетбука) 1.09 MB
  Обладнання: мультимедійне обладнання: проектор екран або мультимедійна дошка; програмний комплекс презентація PowerPoint Як винайшли компютер підручник робочі зошити інструкція з правил техніки безпеки. Робота за компютером 8 хв. Саме в Києві був створений перший в Європі компютер який умів швидше за всіх рахувати А чи завжди існували компютери Якими вони були в давнину Про це ми дізнаємося на сьогоднішньому уроці. Вчитель презентує у електронному вигляді новий матеріал Як винайшли компютер.
52032. Дидактические основы конструирования урока математики 247 KB
  Дидактические основы конструирования урока математики. Сущность современного урока математики и основные требования к нему типологии уроков. Взаимосвязь процессов конструирования и анализа урока математики. Непосредственная разработка урока математики.
52033. Счет в пределах 100. Решение составных задач 32.5 KB
  Задачи на смекалку: а как с помощью двух палочек образовать на столе квадрат положить их в угол стола; б сколько концов у палки У двух палок У двух с половиной 6 в какое число я задумала 5 ед. 1 сотня 138; г сколько получится: 78 84 212 94 187 97 Молодцы. А квадрат это что Какие еще геометрические фигуры вы знаете Что такое квадрат Посчитайте сколько квадратов на рисунках 102 62 4 = 12 Чтобы снять мультфильм трудятся очень много людей: сценаристы операторы режиссеры.
52034. У світі цікавих чисел. Гра Склади нове слово, гра Цифробокс 265 KB
  Вдосконалювати обчислювальні навички учнів, розвивати знання, отримані на уроках математики, логічне мислення, творчу і просторову уяву, память і увагу; збагачувати словниковий запас учнів; виховувати патріотичні почуття, любов до математики.
52035. Механічна взаємодія тіл. Сила . Види сил у механіці 2.22 MB
  обота Ньютона спиралась на здобутки вчених його попередників і містила основні поняття : маса сила кількість руху прискорення три закони механіки закон всесвітнього тяжіння Закони динаміки дозволяють зрозуміти принцип роботи машин і механізмів які застосовуються на виробництві у побуті . Сила це векторна фізична величина яка характеризує механічну дію даного тіла на інше і є мірою цієї взаємодії .
52037. Дзвони Чорнобилю 62.5 KB
  1й ведучий: Чорнобиль. 2й ведучий: Для України для всіх хто прямо чи побічно причетний до трагедії Чорнобиля та її наслідків час ніби розділився на дві частини: до 26 квітня 1986 року і після нього. 1й ведучий: Ту мирну весняну українську ніч на берегах Припяті люди ніколи не забудуть. 1й ведучий: З руїн реактора виривається стовп зловіщого вогню палаючих шматків графіту.
52038. Свято першого дзвоника 45 KB
  звучить музика Рідна школа заходять 11ки Ведуча: Настав довгоочікуваний для дітвори день 1 вересня Свято першого дзвінка День знань. Перший дзвінок Ведуча: Перше шкільне свято нового навчального року оголошується відкритим звучить Гімн України Ведуча: Слово для зачитання наказу про зарахування учнів до першого класу надається заступнику директора з навчальновиховної роботи Л. Тищенко Ведуча: Зі словами привітання й побажання...