50199

ВИВЧЕННЯ ДИФРАКЦІЇ ФРАУНГОФЕРА НА ДВОХ ЩІЛИНАХ

Лабораторная работа

Физика

Всі деталі установки розміщаються в рейтерах. Пластини зі щілинами встановлюються в тримач, який містить пристрій, що дозволяє регулювати і встановлювати пластини відносно світлового променя. На оптичній лаві закріплена масштабна лінійка довжиною 1м з ціною поділки 1мм.

Украинкский

2014-01-17

132 KB

3 чел.


Лабораторна робота № 20

ВИВЧЕННЯ ДИФРАКЦІЇ ФРАУНГОФЕРА НА ДВОХ ЩІЛИНАХ

Мета роботи

Дослідження дифракції Фраунгофера на двох щілинах у світлі лазера і визначення довжини хвилі лазера

Для виконання лабораторної роботи студенту попередньо необхідно: знати фізичну суть явищ інтерференції світла (§2.1.1) і дифракції світла (§2.2.1), вміти описати дифракцію Фраунгофера на одній (§2.2.3) і на двох (§2.2.4) щілинах

Прилади і матеріали

He-Ne лазер, дві непрозорі пластини (фотоплівки), на які нанесено щілини, екран зі шкалою, оптична лава з масштабною лінійкою

Теоретичні відомості та опис установки

Оптична схема для спостереження дифракції Фраунгофера на двох щілинах наведена на рис. 1. Паралельний пучок променів від He-Ne– лазера 1 потрапляє на пластину 2 з двома щілинами 3 і 4. Дифракційну картину спостерігають на екрані 5.

Для того щоб спостерігати дифракцію Фраунгофера в даній схемі необхідно, щоб відстань l від щілин 3 і 4 до екрана 5 була значно більшою ширини  щілин і відстані d між двома щілинами.

Відомо, що в межах кута  дифракції, який задовільняє умову головних мінімумів, може вкладатися декілька головних максимумів.

Якщо виконується співвідношення

,                                                                     (1)

(де n – ціле число, – порядок головного мінімуму, – порядок головного максимуму), то головні максимуми – го порядку збігаються з головними мінімумами – порядку і будуть погашені (для прикладу див. рис. 2.13). Відповідно між головними мінімумами – го порядку вкладається 2n-1 головних максимумів.

З умови головних дифракційних мінімумів

                                                             (3)

для  отримуємо

,

або з врахуванням (1)

.                                                                      (4)

Тоді

.                                                                             (5)

Значення  можна розрахувати з співвідношення 2n-1=, де – кількість інтерференційних максимумів на екрані між головними мінімумами першого порядку за формулою:

.                                                                       (6)

Відстань між серединами головних максимумів або мінімумів називають шириною інтерференційної смуги Δx. При малих кутах  отримаємо Δx із співвідношення , звідки . З другої сторони ,

тоді

                   ,                                                                         (7)

Для довжини хвилі λ отримаємо

                                                                                                             (8)

Формули (7) і (8) можна застосовувати для невеликих порядків k.

Загальний вигляд лабораторної установки наведено на рис. 2.

Рис. 2

1 – лазер; 2 –тримач зі щілинами; 3 – екран; 4 – блок живлення лазера.

Всі деталі установки розміщаються в рейтерах. Пластини зі щілинами встановлюються в тримач, який містить пристрій, що дозволяє регулювати і встановлювати пластини відносно світлового променя. На оптичній лаві закріплена масштабна лінійка довжиною 1м з ціною поділки 1мм.

До лабораторної роботи додаються числові значення d і b пластини.

Послідовність виконання роботи

Завдання 1. Визначити ширину (а) щілин за даними значенням відстані (d) між двома  

                         щілинами

Для цього:

  1.  Вставити пластину з щілинами в тримач 2. УВАГА! Не торкатись пальцями поверхні пластини.
  2.  Увімкнути блок живлення 4 лазера 1 в мережу 220 В і після ~ 5 хв прогріву лазера натиснути кнопку “Випромінювання”. При цьому появиться лазерний промінь. УВАГА! Із–за використання високої напруги в лазері (до 5000 В) слід бути гранично уважним і акуратним при виконанні роботи: така напруга небезпечна для життя.
  3.  Встановити рейтер з тримачем пластини на такій відстані від вихідного вікна лазера 1, щоб світловий пучок повністю перекривав дві щілини за шириною і був направлений перпендикулярно до пластини. Екран 3 розмістити на краю оптичної лави.
  4.  Користуючись мікрогвинтом тримача домогтися найкращого зображення дифракційної картини на екрані 3.
  5.  Полічити видиму кількість  дифракційних максимумів на екрані. Визначити значення  ширини  щілин за формулою (5), використовуючи відоме значення відстані  між щілинами і знайдене значення .
  6.  Порівняти отримане значення  з даним.

Завдання 2. Визначити довжину λ хвилі випромінювання лазера за допомогою двох щілин з

                         відомою відстанню (d) між ними

  1.  Визначити ширину інтерференційної смуги Δx. Для цього виміряти за допомогою шкали на екрані довжину всієї дифракційної картини і поділити цю довжину на кількість  максимумів.
  2.  Визначити за допомогою масштабної лінійки відстань l від щілин до екрана.
  3.  Знаючи d, Δx і l обчислити λ за формулою (8).
  4.  Порівняти отримане значення  з табличними даними.

Завдання 3. Порівняти дифракційну картину, отриману на одній щілині з дифракційною

                         картиною на двох щілин

  1.  З екрана 5 перенести в робочий зошит розміщення дифракційних максимумів уздовж шкали при дифракції на двох щілинах.
  2.  Користуючись мікрогвинтом тримача, перемістити пластинку з щілинами так, щоб промінь лазера попадав на одну щілину, яка нанесена на тій же пластинці окремо.
  3.  Перенести в робочий зошит розміщення дифракційних максимумів уздовж шкали екрана при дифракції на одній щілині.
  4.  Порівняйте дифракційні картини. Дати їм коротке пояснення.   

Контрольні запитання

  1.  Що таке дифракція світла?
  2.  Чим відрізняється дифракція Фраунгофера від дифракції Френеля?
  3.  При якій умові будуть спостерігатися дифракційні максимуми і мінімуми у випадку дифракції Фраунгофера на двох щілинах?
  4.  Як розподіляється інтенсивність світла по дифракційним максимумам при дифракції Фраунгофера на двох щілинах?

 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

18999. Вырожденный бозе-газ 309 KB
  Лекция XII 1. Вырожденный бозегаз. Химический потенциал бозегаза определяется из уравнения X.2.5 XII.1.1 При заданной концентрации будем понижать температуру газа. Поскольку по условию левая часть уравнения XII.1.1 не м
19000. Черное излучение 238.5 KB
  Лекция XIII 1. Черное излучение. Черным излучением называется электромагнитное излучение находящееся в равновесии с веществом. Поскольку электромагнитное излучение состоит из фотонов то черное излучение это равновесный идеальный бозегаз: фотоны практически не взаи...
19001. Химическое равновесие 281 KB
  Лекция XIV 1. Химическое равновесие. Уравнение химической реакции общего вида можно представить в форме XIV.1.1 где химические символы реагирующих веществ целые числа отвечающие данной реакции. Например в случае превращения гремучего газа в воду имеем XIV.1.2...
19002. Флуктуации. Теорема Найквиста 329.5 KB
  Лекция XV 1. Флуктуации. До сих пор основное внимание за редкими исключениями было уделено вычислению средних значений различных физических величин. Однако статистическая теория позволяет вычислить и их флуктуации отклонение от средних связанные с самопроизвольны
19003. Описание движения системы материальных точек в нерелятивистской механике. Общая схема механики Ньютона. Основные определения 273 KB
  Лекция 1. Описание движения системы материальных точек в нерелятивистской механике. Общая схема механики Ньютона. Основные определения Основная задача механики нахождение положения тел в любые моменты времени при условии что известны начальные положения и скорос
19004. Принцип наименьшего действия (принцип Гамильтона). Уравнения Лагранжа 1.15 MB
  Лекция 2. Принцип наименьшего действия принцип Гамильтона. Уравнения Лагранжа Самая общая формулировка закона движения системы с степенями свободы дается принципом наименьшего действия или принципом Гамильтона. Согласно этому принципу каждая механическая сист
19005. Принцип относительности Галилея. Функция Лагранжа свободной материальной точки. Функция Лагранжа системы взаимодействующих частиц. Функция Лагранжа в декартовых и обобщённых координатах 275 KB
  Лекция 3. Принцип относительности Галилея. Функция Лагранжа свободной материальной точки. Функция Лагранжа системы взаимодействующих частиц. Функция Лагранжа в декартовых и обобщённых координатах Установим вид функции Лагранжа простейших механических систем и уста...
19006. Примеры нахождения функции Лагранжа, составления уравнений Лагранжа и их использования для описания движения простейших механических систем 1.35 MB
  Лекция 4. Примеры нахождения функции Лагранжа составления уравнений Лагранжа и их использования для описания движения простейших механических систем Рассмотрим применение метода Лагранжа к описанию движения простейших систем. Но сначала повторим основные идеи и р
19007. Интегралы движения. Однородность времени и закон сохранения энергии. Однородность пространства и закон сохранения импульса 328.5 KB
  Лекция 5. Интегралы движения. Однородность времени и закон сохранения энергии. Однородность пространства и закон сохранения импульса. Изотропность пространства и закон сохранения момента импульса Величины и меняются со временем. Однако существуют такие их комбина