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

111 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

51161. ОПЕРАЦИОННЫЙ БЛОК МИКРОПРОГРАММИРУЕМОГО ПРОЦЕССОРА 127.5 KB
  Определить количество нулей в коде числа. Используемые регистры R0=Число в котором будет определяться колво нулейC000 h R2=10 h R3=0 Тесты: R0=C000 R2=000E; R0=FFFF R2=0000; R0=0000 R2=0010; R0=FBE R2=0004; Выводы: В данной работе был изучен операционного блока на уровне структурной схемы так же я ознакомился с составом микрокоманд и порядком их выполнения с составлением и отладкой микропрограммы. Был разработан и реализован алгоритм позволяющий определить количество нулей в коде числа и в соответствии с ним написана микропрограмма.
51162. Исследование параметров воздуха рабочей зоны и защиты от тепловых излучений 42.9 MB
  Холодный период года период года характеризуемый среднесуточной температурой наружного воздуха равной 10 С и ниже. Теплый период года период года характеризуемый среднесуточной температурой наружного воздуха выше 10 С. Среднесуточная температура средняя величина температуры наружного воздуха измеренная в определенные часы суток через одинаковые интервалы времени.
51163. Розвязування задач теорії прийняття рішень за допомогою дерев рішень 1.39 MB
  Мета: навчитися розвязувати задачі теорії прийняття рішень за допомогою дерев рішень Теоретичні відомості Дерево рішень це граф що представляє правила в ієрархічній послідовній структурі де кожному обєкту відповідає єдиний вузол який дає розвязок. Для генерації різних варіантів рішень і їх оцінки найбільше поширення знайшли дерева рішень що містять два типи вершин: вершини в яких рішення приймає експерт ОПР і вершини де рішення приймає випадок виходящі з вершини дуги задають визначені імовірності напрямків прийняття...
51164. ФЛЭШ-ПЯМЯТЬ 362 KB
  В схемах флэш-памяти не предусмотрено стирание отдельных слов, стирание информации осуществляется либо для всей памяти одновременно, либо для достаточно больших блоков. Это позволяет упростить схему ЗУ и позволяет повысить степень интеграции и быстродействия.
51165. Введение в лингвистику 2.86 MB
  Лингвистика как наука о языке возникла лишь в XIX веке, но интерес людей к языку насчитывает уже более двух тысячелетий. Почему столько веков человек пытается познать природу языка. Ведь в отличие от медицины, генетики, химии и других наук успехи лингвистики лишь косвенно связаны с проблемами выживания человеческого рода. Да и научились ли мы лучше понимать друг друга, изучая основное средство общения - язык...
51168. Исследование интегрального датчика температуры LM60 89.22 KB
  Цель: изучить конструкцию интегрального датчика температуры LM60 его свойства применение научиться снимать статистическую характеристику. Вывод: изучили свойства интегрального датчика температуры LM60 его применение научились снимать...
51169. Исследование работы термометра сопротивления 56.06 KB
  Цель: изучить конструкцию термометра сопротивления его свойства применение научиться снимать статистическую характеристику.