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 решетке

Читайте также:
  1. F Продолжение выполнения задания
  2. F Продолжение выполнения задания
  3. F Продолжение выполнения задания
  4. F Продолжение выполнения задания
  5. I Психологические принципы, задачи и функции социальной работы
  6. I. Задания для самостоятельной работы
  7. I. Задания для самостоятельной работы
  8. I. Задания для самостоятельной работы
  9. I. КУРСОВЫЕ РАБОТЫ
  10. I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ
  11. I. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОЙ РАБОТЫ
  12. I. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Лабораторная 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.

       
   
 
 
Рисунок 1 Дифракция световой волны на щели

 

 


 

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

m d, L, xm, l, lср, Dl, Dlср,
               
         
         
         

 

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

m L 2xm b bср Db Dbср
             
         
         
         

 

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.)