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

110 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

45391. Государственный суверенитет: понятие признаки, формы выражения 47.37 KB
  Действие правовой нормы во времени начинается с момента вступления в юридическую силу содержащего ее нормативноправового акта и прекращается с момента утраты последним юридической силы. Например истечением определенного срока после опубликования нормативноправового акта. Цель такой отсрочки обеспечить чтобы до вступления нормативноправового акта в силу все заинтересованные лица могли тщательно изучить содержащиеся в нем правовые нормы и подготовиться к их реализации. Вступление в силу нормативноправового акта в целом или отдельных его...
45392. Основные подходы к типологии государства 46.97 KB
  Основные подходы к типологии государства Типология это теория о типах тех или иных явлений. Разделение государств на типы призвано помочь выяснить чьи интересы выражали и обслуживали государства объединенные в данный тип. Тип государства совокупность государств которые имеют сходные общие черты проявляющиеся в единстве закономерностей и тенденций развития базировании на одинаковых экономических производственных отношениях на одинаковом сочетании общесоциального и узкогруппового классового аспектов их сущности аналогичном уровне...
45393. Функции государства 45.94 KB
  Функции государства нельзя отождествлять с функциями его отдельных органов которые являются частью аппарата государства и находят свое выражение в компетенции в предмете ведения в правах и обязанностях полномочиях закрепленных за ними. Внутренние функции обеспечивают его внутреннюю политику: V политическая выработка внутренней политики государства регулирование сферы политических отношений обеспечение народовластия; 2 экономическая регулирование сферы экономических отношений создание условий для развития производства:...
45394. Правовые формы осуществления функций государства: понятие и виды юридической деятельности 56.7 KB
  К правовым формам относятся: 1 правотворческая деятельность по подготовке и изданию нормативных актов способствующих осуществлению той или иной функции государства; 2 правоприменительная деятельность по реализации нормативных актов путём принятия актов применения права; это повседневная работа по выполнению законов и по разрешению разнообразных вопросов управленческого характера; 3 правоохранительная деятельность по защите прав и свобод человека и гражданина по предупреждению правонарушений и привлечению к юридической...
45395. Государственные органы: понятие, виды, принципы формирования и функционирования 95.76 KB
  Здесь необходимо подчеркнуть важную роль юридической квалификации в применении права ибо именно это правоприменительное действие есть условие обеспечивающее качество реализации юридических предписаний в практической жизни. Задача юридической квалификации в определении юридической природы конкретного фактического обстоятельства т. Обоснованность справедливость и эффективность итогового решения как результата квалификации зависят от качества установления юридической природы фактических обстоятельств от соблюдения правоприменителем...
45396. Форма государства: понятие и общая характеристика вопросов 51.9 KB
  форма государства: понятие и общая характеристика вопросов Любое государство помимо его сущности и социального назначения характеризуется также некоторыми внешними признаками. Совокупность его внешних характеристик определяющих порядок формирования и осуществления государственной власти административнотерриториальное устройство и составляет форму государства или форму организации государственной власти. Форма государства характеризует отношения между людьми и государством в процессе управления ими способы организации высших органов...
45397. Форма правления. Понятие и виды 68.28 KB
  Толкование права:понятие цели способы виды Толкование правовых норм важнейшее условие их правильного понимания и применения. Толкование древнейший правовой институт. В данном случае под толкованием понимается выяснение точного смысла содержания толкуемой право вой нормы. При этом толкование прибавляя новое знание о норме ни в коей мере не изменяет и не заменяет её; тем более не создаёт новой.
45398. Монархия как форма правления: понятие, признаки, виды 49.33 KB
  Буржуазные в которых власть короля ограничивается конституцией и парламентом и которые подразделяются на дуалистические когда монарх сохраняет всю полноту исполнительной власти в частности назначает министров ответственных перед ним и парламентарные когда монарх как глава исполнительной власти ограничен в правах и в частности назначаемые им министры зависят от вотума доверия парламента например Великобритания Швеция. Система права: понятие признаки элементы Под системой права понимается определённая внутренняя его структура...
45399. Республика как форма правления, понятие, виды, признаки 49.09 KB
  Наличие у президента права вето на законы принимаемые парламентом. Парламент также имеет возможность контролировать правительство путём утверждения ежегодного бюджета страны а также посредством права вынесения правительству вотума недоверия. критерии отраслевого деления системы права В основе деления права на отрасли и институты лежат два критерия: 1 предмет правового регулирования; 2 метод правового регулирования. Под методом понимаются определённые приёмы способы средства воздействия права на общественные отношения.