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

64303. ЕКОНОМІЧНА ВЛАДА ЯК ФАКТОР РОЗПОДІЛУ ДОХОДІВ 328.5 KB
  Процес розподілу доходів є складною соціальноекономічною проблемою оскільки зачіпає інтереси всіх економічних суб'єктів. Економічне та соціальне значення проблеми розподілу доходів зумовлено впливом на рівень стимулювання продуктивної економічної поведінки макроекономічну рівновагу соціальну напруженість.
64304. КОНЦЕПЦІЯ ІНФОРМАЦІЙНОГО РОЗВИТКУ ТРАНСПОРТНИХ СИСТЕМ 308 KB
  Транспортні системи, технології, машини, шляхи сполучення та багато інших підсистем та ланок, що забезпечують надання транспортних послуг населенню та організаціям, можна визначати як багаторівневу транспортну інфраструктуру.
64305. Процес високоточного вимірювання параметрів джерел електромагнітного випромінювання за допомогою малобазових пасивних радіотехнічних систем 15.73 MB
  Бурхливий розвиток нових технологій в галузях радіотехніки обчислювальної техніки і програмного забезпечення тенденція ускладнення структури сигналів джерел електромагнітного випромінювання ДЕВ підвищення їх скритності та ущільнення радіочастотного ресурсу...
64306. Лісівничо-селекційна оцінка півсібсових і сібсових потомств сосни звичайної в умовах західного полісся 248 KB
  Мета – вивчити мінливість вегетативних і насінних потомств сосни звичайної в умовах Західного Полісся за біометричними показниками, виявити ядерцеві характеристики меристем та на їх основі опрацювати методичні можливості проведення генетико-селекційної оцінки плюсових дерев і ранньої діагностики росту їх потомств.
64307. Розробка інформаційної технології в задачах гідрохімічного моніторингу 1.06 MB
  Метою роботи є розробка інформаційної технології територіального гідрохімічного моніторингу питної води. Обєктом дослідження є гідрохімічні процеси та показники стану питної води техногенно навантажених регіонів.
64308. ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ЕКСПЛУАТАЦІЇ КОМПРЕСОРНИХ СТАНЦІЙ ШЛЯХОМ ВДОСКОНАЛЕННЯ КОНСТРУКТИВНИХ ЕЛЕМЕНТІВ ГАЗОПЕРЕКАЧУВАЛЬНИХ АГРЕГАТІВ 772.5 KB
  Безперебійне перекачування природного газу неможливе без ефективної і надійної роботи газоперекачувальних агрегатів ГПА. В Україні Алжирі Росії та інших країнах налічуються тисячі одиниць ГПА різного типу потужності і конструкцій.
64309. АВТОМАТИЗАЦІЯ ПРОЦЕСУ УПРАВЛІННЯ ВИДОБУВНИМИ КОМБАЙНАМИ НА ОСНОВІ МОДЕЛЮВАННЯ РОБОТИ ШНЕКА 229 KB
  Це призводить до того що видобувні комбайни на тонких шарах при автоматичному управлінні працюють із заштибовкою шнека. Таким чином наукова задача дисертаційної роботи полягає у створенні інтегральної моделі яка описує процеси формування навантаження на шнеку та...
64310. МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСІВ САМООРГАНІЗАЦІЇ В СОЦІАЛЬНО-ЕКОНОМІЧНИХ СИСТЕМАХ 1.19 MB
  В економічній теорії відбувається перехід до нової парадигми розвитку, що ґрунтується на інформації; змінюються погляди на простір і час. В інформаційній економіці провідну роль відіграє людський фактор, а отже, змінюються вимоги до побудови нових відносин у суспільстві.
64311. МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ НЕІЗОТЕРМІЧНОГО ВОЛОГОПЕРЕНЕСЕННЯ І В’ЯЗКОПРУЖНОГО СТАНУ В ДЕРЕВИНІ У ПРОЦЕСІ СУШІННЯ 293.5 KB
  Процеси що відбуваються у деревині під час сушіння характеризуються взаємозвязаними анізотропними фізикомеханічними властивостями і істотно залежать від густини температури вологовмісту та реологічної поведінки деревини.