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

108 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

41466. Методы начисления амортизации основных средств и отражение ее в учете 53.98 KB
  Начисление амортизационных сумм осуществляется в порядке, установленном ст. 259 НК РФ. Амортизируемым имуществом признается имущество, результаты интеллектуальной деятельности и иные объекты интеллектуальной собственностисуда с выраженными в них государственновластными суждениями относительно разрешения материальноправовых и процессуальноправовых вопросов. Отличие судебного решения от определения: решение дает ответ по существу дела определение не разрешает дело а дает ответ на вопрос процессуальноправового характера п.12 постановление ВС О судебном решении не...
41467. Учет затрат на восстановление основных средств 25.08 KB
  Виды ремонта – текущий, средний и капитальный. Основным первичным документом, согласно которому определяются объем работ по капитальному ремонту, его продолжительность, сметная стоимость, является дефектная ведомость. Ремонт объектов ОС может быть проведен подрядным, хозяйственным или смешанным способом.
41468. Порядок проведения и учёт результатов инвентаризации основных средств и учёт их результатов 60.49 KB
  Основные средства — неотъемлемая часть имущества большинства организаций. В отношении таких объектов, как и любого другого имущества, должны быть обеспечены учет и контроль. Соответствие фактического наличия имущества данным бухгалтерского учета регулярно проверяется инвентаризацией. О методике проведения инвентаризации основных средств и оформлении ее результатов рассказывается в данной статье.
41469. Экономическое содержание, принципы, оценка и задачи учёта материально-производственных запасов 26.53 KB
  Понятие и сущность ОП установление фактов имеющих юридическое значение в ОП признание гражданина безвестно отсутствующим и объявление гражданина умершим признание гражданина ограниченно дееспособным или недееспособным ограничение или лишение несовершеннолетнего в возрасте от 14 до 18 лет права самостоятельно распоряжаться своими доходами. Отмена судом ограничения дееспособности Эмансипация Принудительная госпитализация гражданина в психиатрический стационар и принудительное освидетельствование семейный кодекс гражданский...
41470. Изучение организации и методики анализа выполнения сметы доходов и расходов бюджетного учреждения 168.34 KB
  Объектом исследования курсовой работы является смета доходов и расходов Бахчисарайского районного центра социальных служб для семьи, детей и молодежи. Предмет исследования – организация и методика анализа выполнения сметы доходов и расходов данного бюджетного учреждения
41471. Создание информационной системы управления заказами для МБУЗ ЦРБ 2.29 MB
  Провести анализ структуры предприятия и обосновать потребность создания для неёMRPсистемы; Рассмотреть существующие варианты реализации информационной системы; Произвести анализ из существующих средств разработки СУБД и сделать выбор для реализации информационной системы;
41472. РИМСКОЕ ПРАВО. Методические материалы 340.5 KB
  Настоящие методические материалы предназначены для подготовки к семинарским и практическим занятиям по дисциплине «Римское право» для студентов факультета внебюджетного образования (заочная форма обучения), обучающихся по направлению подготовки «Юриспруденция». Данная учебная дисциплина относится к вариативной части профессионального цикла
41473. Особенности сексуального поведения современной молодежи 106.8 KB
  В общем и целом, социологическое исследование является отправной точкой для определения общественного мнения по разным насущным и актуальным вопросам. Итоги подобных исследований зачастую используются для формирования стратегии регулирования культурных ценностей у разных социальных слоев общества.
41474. Аудит финансового состояния предприятия 83.75 KB
  Независимое подтверждение информации о результатах деятельности предприятий и соблюдения ими законодательства необходимо государству для принятия решений в области экономики и налогообложения.