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

23796. Декларация прав человека 49 KB
  €œБременские музыканты€ нарушалось право на свободу передвижения право на труд право на личную неприкосновенность право на защиту себя в суде право на участие в мирных собраниях право на свободу. €œКолобок€ нарушалось право на личную неприкосновенность право на жизнь право на свободу мирных собраний право на порядок в стране право на свободу убеждений право на гражданство право на имущество €œКот и лиса€ нарушалось право на свободу передвижения право на труд право на личную неприкосновенность право на защиту себя в...
23797. Циклы. Цикл с параметром 514 KB
  Цели: Образовательные: познакомить обучающихся с понятием цикл тело цикла с синтаксисом записи цикла с параметром изучить цикл с параметром и рассмотреть простейшие задачи с параметром; Развивающие: развивать познавательные интересы умение использовать приобретенные знания и умения повышение интереса к занятиям информатикой; Воспитательные: воспитывать информационную культуру учащихся внимательность аккуратность дисциплинированность усидчивость формировать самостоятельность и ответственность при работе с компьютером....
23798. Циклы. Цикл с параметром. Решение задач 164.78 KB
  Цикл с параметром. Цикл с параметром. Цели: Образовательные: повторить понятия цикл тело цикла с синтаксисом записи цикла с параметром закрепить решение задач с параметром; Развивающие: развивать познавательные интересы умение использовать приобретенные знания и умения повышение интереса к занятиям информатикой; Воспитательные: воспитывать информационную культуру учащихся внимательность аккуратность дисциплинированность усидчивость формировать самостоятельность и ответственность при работе с компьютером. Ученик должен...
23799. Побудова діаграмм в Excel 135 KB
  Організаційний момент: слайд 1Учитель. І так починаємо слайд 2 Вопросы к кроссворду: Блок ячеек таблицы. Відкрийте будьласка зошити запишіть сьогоднішнє число і тему нашого уроку слайд 3 Побудова діаграм в Excel. слайд 4.
23801. Изображение природы в разных состояниях 40 KB
  Зрительный ряд: фотографии с разными состояниями моря; репродукции картин К. – Что вы чувствуйте когда слышите эту музыку Закройте глазки представьте как вы лежите на берегу моря заграете солнышко припекает к вашему телу по морю бегают солнечные зайчики . Каким кажется корабль в этих волнах Сообщение темы: Сегодня мы с вами тоже постараемся передать настроение моря. Работа над изображением моря.
23802. Человек и его украшения. Выражение характера человека через украшения 18.27 KB
  Класс: 2 Тема: Человек и его украшения. Выражение характера человека через украшения. Сначала он делал украшения из клыков убитых зверей ракушек глины. С украшениями мы сталкиваемся каждый день часто не осознавая что это произведения искусства.
23803. Два флота. ВЫРАЖЕНИЕ НАМЕРЕНИЙ ЧЕРЕЗ УКРАШЕНИЕ 17.64 KB
  Дидактическая цель: создать условия для выполнения работы с выражением настроения двух кораблей. Зрительный ряд: фото кораблей пиратов и царя салтана Литературный ряд: А. Вдруг кормчий ведущий караван кораблей сказал: Посмотрите – ка что это там впереди И все увидели что изза острова на чёрных парусах к ним приближаются какието черные мрачные корабли. Купцы стали смотреть на силуэты кораблей.
23804. Задачи на умножение 15.54 KB
  стр. что мы с вами сможем тренировать выполняя подобные упр №2 стр.закрепление материала откроем стр. учк: стр 48 №6 стр.