|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция |
Порядок выполнения работы. 1 Изучение явлений интерференции и дифракции световых волн на щели и на дифракционной решеткеЛабораторная работа ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ ДИФРАКЦИИ СВЕТА Цель работы 1 Изучение явлений интерференции и дифракции световых волн на щели и на дифракционной решетке.
Приборы и принадлежности 1 Полупроводниковый лазер 2 Дифракционная решетка 3 Дифракционная щель
4 Оптическая скамья 5 Экран 6 Линейка
Содержание работы Дифракцией называют явления, связанные с отклонением света от прямолинейного распространения в средах с резкими неоднородностями, например, огибание светом препятствий, размеры которых соизмеримы с длиной волны (l). Интерференция - это явление наложения когерентных волн, в результате которого в некоторых точках пространства будут наблюдаться максимумы, а в некоторых – минимумы интенсивности колебаний.
Примерами дифракции и интерференции одновременно может служить явление дифракции световых волн на щели малого размера (рисунок 1) и на дифракционной решетке (рисунок 2). При попадании световой волны на щель согласно принципу Гюйгенса-Френеля каждая точка среды становится источником вторичных волн. Амплитуда результирующей волны может быть найдена путем сложения вторичных волн. Пусть на длинную узкую щель шириной b падает плоская световая волна (рисунок 3). Поместим за щелью собирающую линзу, а в фокальной плоскости – экран. В этом случае все волны, падающие на линзу под одинаковым углом, будут собираться в одной точке. В реальном эксперименте линзу можно не использовать, если расстояние до экрана намного больше ширины щели. В этом случае все лучи можно считать параллельными. Разобьем щель на элементарные зоны и рассчитаем амплитуду колебания, которое получится в точке экрана в результате сложения вторичных волн, исходящих от каждой зоны. В центре при j=0 будет наблюдаться главный максимум. Для волн, идущих под углом j к оптической оси, минимумы интенсивности колебаний будут определяться условием: (1) а положения максимумов будут определяться из условия: (2) В этих точках амплитуда колебаний обращается в 0. В этой формуле – это длина падающей волны, а m – порядок (номер) максимума. Дифракционная решетка – это совокупность большого числа одинаковых щелей, находящихся на одинаковом расстоянии друг от друга. Расстояние d между одинаковыми точками соседних щелей называют постоянной (периодом) решетки. Рассмотрим нормальное (перпендикулярное) падение плоской волны на дифракционную решетку. Как видно из рисунка, разность хода D межу соответствующими точками двух соседних щелей равна Главные дифракционные максимумы получаются в тех направлениях, в которых лучи от разных щелей усиливают друг друга, то есть для которых разность хода равна целому числу длин волн: (3) Целое число m называют порядком максимума (или порядком спектра). Для центрального максимума m =0.
Лабораторная установка смонтирована на оптической скамье. В нее входят лазер, сменные дифракционные устройства (щель с регулируемой шириной и отражательная дифракционная решетка) и экран. Поскольку дифракционные углы в данной работе малы, то (4) где x – положение дифракционных максимумов по отношению к центральному, а L – расстояние от щели или решетки до экрана. В данной работе необходимо определить длину волны лазера при помощи дифракционной решетки, после чего определить ширину щели.
Порядок выполнения работы 1 Установить на оптической скамье лазер, дифракционную решетку так, чтобы расстояние между экраном и решеткой L было намного больше, чем ширина щелей. 2 Прикрепить к экрану лист бумаги. 3 Включить лазер и получить на экране четкую дифракционную картину. Отметить на листе положения максимумов. 4 Измерить расстояние от решетки до экрана L, координаты максимумов хm и результаты измерений занести в таблицу 1. Таблица 1 Дифракционная решетка
5 Пользуясь формулами (3), (4), определить длину волны лазерного излучения l, найти среднее арифметическое и оценить ее погрешность измерений. В данной решетке число штрихов на 1 мм равно 80. 6 Сравнить полученную длину волны с длинами волн оптического диапазона и известными длинами волн полупроводниковых лазеров. Для выполнения этого задания необходимо использовать различные источники информации. 7 Установить на оптической скамье дифракционную щель, включить лазер и получить четкую дифракционную картину. 8 Отметить на листе бумаги положения минимумов либо максимумов (по указанию преподавателя). Обязательно отметьте положение главного максимума! 9 Проведите измерения расстояний между минимумами (максимумами) одного порядка и результаты измерений запишите в таблицу 2 (не менее трех-четырех измерений). Таблица 2 Дифракционная щель
10 Пользуясь формулами (1) или (2), определите ширину щели. Длину волны возьмите из расчетов, полученных ранее. 11 Определите среднее арифметическое для полученных значений, оцените погрешность измерений и запишите полученные результаты в лабораторный журнал в виде: 12 Сделайте выводы о природе света и об источниках погрешностей.
Контрольные вопросы 1 В чем заключается явление интерференции волн? 2 В чем заключается явление дифракции волн? 3 Какие волны называют когерентными? 4 Сформулируйте принцип Гюйгенса-Френеля. 5 Что представляет собой дифракционная решетка? Что называется периодом решетки? 6 В чем состоит отличие дифракционных картин, получаемых при помощи щели и решетки? 7 Почему дифракционная решетка является спектральным прибором? 8 Запишите условия максимума и минимума для интенсивности в случае дифракции на щели. 9 Запишите условия минимума для интенсивности в случае дифракции на решетке. Поиск по сайту: |
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.005 сек.) |