Краткая теоретическая часть

Методические указания к лабораторной работе

ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЙ, ОБУСЛОВЛЕННЫХ ДИФРАКЦИЕЙ

Дисциплина «Физика»

СОГЛАСОВАНО РАЗРАБОТАЛ

Инженер по охране труда ст. преподаватель кафедры ОНД

_____________Г. В. Мангуткина ______________В.Г. Прачкин

____________________2011 ___________________2011

Салават 2011

Методические указания предназначены для специальностей 140400 «Электрооборудование и электрохозяйство предприятий, организаций и учреждений», 241000 «Машины и аппараты химических производств», 240100 «Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов», 220700 «Автоматизация технологических процессов и производств», 230100 «Автоматизированное управление бизнес процессами и финансами», всех форм обучения.

Рассмотрено на заседании кафедры ОНД

Протокол №__________ от_____________2011

© Филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Уфимский государственный нефтяной технический университет» в г. Салавате

ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЙ, ОБУСЛОВЛЕННЫХ ДИФРАКЦИЕЙ

Цель работы: наблюдение дифракции света на дифракционной решетке, определение периода дифракционной решетки и области пропускания светофильтров

Оборудование: дифракционные решетки, экран с щелью, оптическая скамья, источники света (ртутная лампа, лампа накаливания).

Краткая теоретическая часть

Дифракцией называется явление огибания волнами препятствий. Применительно к световым волнам дифракция означает проникновение света в область геометрической тени. Одним из наиболее распространенных технических средств для создания дифракционных эффектов служит дифракционная решетка. Дифракционной решеткойназывается тонкая структура, содержащая ряд параллельных равноотстоящих и близко расположенных друг от друга щелей.

Рисунок 1

Расстояние d между серединами соседних щелей или сумма прозрачной а и непрозрачной b частей называется Постоянной дифракционной решетки d=a+b (см.рисунок 1).

При падении плоской световой волны на решетку каждый элемент её поверхности становится источником вторичных

когерентных волн.
Результирующее световое колебание в любой точке пространства определяется согласно принципу Гюйгенса-Френелясуммированием вторичных волн, приходящих в данную точку от всех элементов решетки, с учетом их амплитуд и фаз. Если на пути волн за решеткой поставить собирающую линзу, то в плоскости будет наблюдаться дифракционная картина (см.рисунок 2). Дифракционную картину можно наблюдать непосредственно глазом, воспринимая лучи, прошедшие сквозь решетку. Роль линзы в этом случае играет хрусталик глаза.

Главные дифракционные максимумывозникают в тех направлениях, для которых оптическая разность хода лучей, идущих от соседних щелей решетки, равна целому числу длин волн λ:

Из рисунка 1 видно, что оптическая разность хода лучей, идущих от двух соседних щелей под углом дифракции φ,

∆y=d∙sinφ. (1)

Таким образом, углы дифракции, под которыми наблюдаются максимумы, определяются условием

d∙sinφ=m∙λ. (2)

Здесь m =0,±1,±2...- порядок дифракционного максимума.

Из формулы (2) следует, что если падающий свет содержит несколько различных длин волн, то решетка разложит его в спектр (см. рисунок 3).

В направлении начального распространения света (φ= 0) возникает максимум нулевого порядка (т =0).

Справа и слева от него возникнут сплошные или ли­нейчатые спектры различных порядков (т = ± 1,±2...). В

каждом из спектров

Рисунок 3

максимумы более коротких длин волн располагаются ближе к центральной полосе.

Угловой дисперсиейспектрального прибора D_φ называют величину

где dφ - угловое расстояние между близкими спектральными линиями,

dλ - разность длин волн этих спектральных линий.

Для нахождения конкретного вида выражения D_φ продифференцируем уравнение (2). Тогда получим

где т - максимальный порядок спектра, который можно получить с помощью

решётки, d - период решетки, φ- угол между нормалью и направлением на

m- й порядок спектра (Для малых φ: D_φ = m/d).

Линейной дисперсиейназывают величину, численно равную отношению расстояния dl на экране (или фотопластинке) между близкими спек­тральными линиями к разности dλ длин волн этих спектральных

линий

Рисунок 4

Из рисунка 4 следует, что при малых φ отрезок dl=f∙dφ, где f - главное фокусное рас­стояние линзы. Тогда

Поиск по сайту: