2019 г. Физика (часть 2). Лабораторная работа 7.3. Определение длины электромагнитной волны методом дифракции Фраунгофера. Все варианты

2019 г. Физика (часть 2). Лабораторная работа 7.3. Определение длины электромагнитной волны методом дифракции Фраунгофера

1. Цель работы

Исследовать явление дифракции электромагнитных волн. С помощью дифракционной решетки проходящего света измерить длины электромагнитных волн видимого диапазона

2. Основные теоретические сведения

Дифракцией называется совокупность явлений, наблюдаемых при распространении света в среде с резкими неоднородностями ( например, вблизи границ непрозрачных тел, сквозь малые отверстия и т.п.) и связанных с отклонениями от законов геометрической оптики. В частности, дифракция приводит к огибанию световыми волнами препятствий и проникновению света в область геометрической тени. Явление дифракции заключается в перераспределении светового потока в результате суперпозиции волн, возбуждаемых когерентными источниками, расположенными непрерывно.

Дифракция световых волн, являющихся частным случаем волн электромагнитных, может быть объяснена с помощью принципа Гюйгенса- Френеля. Согласно этому принципу, каждая точка среды, до которой дошел волновой фронт, может рассматриваться как точечный излучатель вторичной сферической волны, причем излучатели когерентны между собой. Огибающая вторичных сферических волн определяет форму волнового фронта в следующий момент времени. Угол j, на который отклоняется волна от первоначального направления при дифракции, называется углом дифракции.

Наблюдение дифракции осуществляется обычно по следующей схеме.

На пути световой волны, распространяющейся от некоторого источника, помещается непрозрачная преграда, закрывающая часть волновой поверхности световой волны. За преградой располагается экран, на котором возникает дифракционная картина.

Различают два вида дифракции. Если источник света и экран расположены от препятствия настолько далеко, что лучи, падающие на препятствие, и лучи, идущие в точку наблюдения на экране, образуют практически параллельные пучки, то говорят о дифракции Фраунгофера или дифракции в параллельных лучах. В противном случае говорят о дифракции Френеля. В данной лабораторной работе для исследования дифракции Фраунгофера используется дифракционная решетка проходящего света, которая представляет собой совокупность узких параллельных щелей, расположенных в одной плоскости (рис.1). Ширина всех щелей одинакова и равна b, а расстояние между щелями равно a. Величину d=a+b называют периодом (постоянной) дифракционной решетки. Если полное число щелей решетки равно N, то длина дифракционной решетки равна r=Nd. Обычно, длина щелей много больше периода решетки, а ширина щели b3 l .

3. Описание лабораторной установки

Установка состоит из источника света “И”, щели “Щ”, линзы “Л1”, дифракционной решетки “Р”, линзы “Л2” , экрана “Э” и светофильтра “Ф” (рис.3). Щель служит для формирования спектральных линий, разрешенных между собой и придания им формы, подобной форме щели. Линза “Л1” предназначена для устранения расходимости светового пучка и получения резкого изображения спектра на экране. Линза “Л2” фокусирует параллельные лучи, идущие от решетки. Экран расположен в фокальной плоскости линзы “Л2”.

4. Задание

Выбрать линзу “Л2”, задав фокусное расстояние L от 25 до 35 см.
Получить интерференционную картину на экране.
Установить красный светофильтр. Измерить расстояние l1 от середины максимума первого порядка до середины центрального максимума по шкале экрана. Записать полученное значение в отчет по лабораторной работе.
Повторить измерения для максимума второго порядка.
Установить фиолетовый светофильтр. Повторить п.2 и п.3 для фиолетового света.
По формуле (4) рассчитать углы дифракции первого и второго порядков для красного и фиолетового цвета.
По формуле (3) рассчитать длины волн фиолетового и красного цвета. Период решетки принимается равным 5мкм. Окончательные значения длин волн вычислить как средние арифметические по максимумам первого и второго порядка одного и того же цвета. Внести полученные значения длин волн в отчет по лабораторной работе.
Сделать основные выводы по проделанной работе.

5. Контрольные вопросы

Максимум какого наибольшего порядка может наблюдаться на данной дифракционной решетке?
Дайте понятие дифракции. В чем сущность принципа Гюйгенса- Френеля?
Расскажите об устройстве и назначении дифракционной решетки проходящего света.
Объясните порядок чередования цветов в спектре, полученном в п.2 Задания.

6. Литература

Савельев И.В. Курс общей физики.- М.: Наука, 1988, т.2, §§ 125,126,130.

Уважаемый слушатель, дистанционного обучения,
Оценена Ваша работа по предмету: Физика (часть 2)
Вид работы: Лабораторная работа 1
Оценка: Зачет
Дата оценки: 10.05.2019
Рецензия: Уважаемый ................................,

Моргачев Юрий Вячеславович