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

67169. Оформлення списків та посилань 631 KB
  Багато елементів на Web-сторінці є в деякій мірі “великодушними” з точки зору дизайну – якщо вони не “цілком правильні”, то це не має великого значення. У випадку списків і посилань зовсім інша історія – якщо записати їх неправильно...
67170. Ударение и тоны. Интонация 66.01 KB
  В речевом потоке все фонетические единицы – звуки, слоги, слова, такты, фразы – представлены линейными отрезками (сегментами), которые последовательно располагаются друг за другом. Они называются сегментными единицами.
67171. Части речи. Понятие о частях речи 121.5 KB
  Термин части речи возник в древнегреческой грамматике в которой предложение не отделялось от речи. Проблема осложняется и тем что термин части речи употребляется неоднозначно: в частности в круг ЧР включаются либо только знаменательные слова...
67172. ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ ЖЕЛЕЗО-ЦЕМЕНТИТ: ФАЗЫ, СТРУКТУРНЫЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ 53.5 KB
  Соединение Fe3С цементит неустойчиво метастабильно и при соответствующих условиях медленном охлаждении возможна кристаллизация из жидкости свободного углерода в виде графита. Железо-углеродистые сплавы содержащие 667 С могут кристаллизоваться по двум типам диаграмм...
67173. Роздрібний товарооборот. Товарооборот роздрібних торгових підприємств 37.84 KB
  Товарооборот роздрібних торгових підприємств Соціально економічна характеристика роздрібного товарообороту Сутність значення товарообороту підприємства як економічної категорії та показника діяльності Склад і структура роздрібного товарообороту Товарооборот роздрібних торгових підприємств...
67174. Основы теории массового обслуживания 233.5 KB
  Рассмотрим сначала некоторые понятия которые характеризуют стохастическую неопределенность когда неопределенные факторы входящие в задачу представляют собой случайные величины или случайные функции вероятностные характеристики которых либо известны либо могут быть получены из опыта.
67175. КУЛЬТУРА ЗАПАДНОЕВРОПЕЙСКОГО СРЕДНЕВЕКОВЬЯ 115.5 KB
  В условиях сословноиерархической структуры общества пронизанной сверху донизу сословной замкнутостью и отношениями вассального служения сюзерену; в процессе бесконечных войн которые несли голод разрушение смерть и ощущение трагизма человеческой жизни...
67176. Организация разработки требований к сложным программным средствам 139 KB
  Проекты программных средств различаются по уровню сложности масштабу и необходимому качеству. Чаще всего проблемами с которыми встретились не достигшие своих целей проекты программных продуктов являются: недостаток информации от пользователя...
67177. ПОЛИТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА И ГОСУДАРСТВО 138.5 KB
  Любое государство функционирует в определенной социальной среде зависит от экономики и культуры общества его структуры психологии и ценностных предпочтений граждан в свою очередь оказывая на них мощное воздействие.