Изучение дифракции фраунгофера от одной щели

Ознакомьтесь с теорией в конспекте лекций и в учебниках: 1.Трофимова Т.И. Курс физики. § 179; 2. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. Гл. 32, § 32.3.

Запустите программы: «Оптика» и «Дифракция света». Нажмите вверху внутреннего окна кнопку с изображением страницы. Прочитайте и запишите краткие теоретические сведения в свой конспект.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ :

· Знакомство со схемой дифракции Фраунгофера от одной щели в когерентном свете.

· Определение углов дифракции в параллельных лучах.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ:

Дифракция Фраунгофера наблюдается в том случае, когда источник света и точка наблюдения бесконечно удалены от препятствия, вызвавшего изучение дифракции фраунгофера от одной щели - student2.ru дифракцию. Схема наблюдения дифракции Фраунгофера от одной щели показана на рис. 1.

изучение дифракции фраунгофера от одной щели - student2.ru 3

изучение дифракции фраунгофера от одной щели - student2.ru а2

изучение дифракции фраунгофера от одной щели - student2.ru а1

L

Рис. 1.

Параллельный монохроматический пучок света 1 падает нормально на щель 2, длина которой много больше её ширины d. Согласно принципу Гюйгенса, каждая точка плоскости щели, до которой дошло световое колебание, становится источником вторичных волн, распространяющихся во все стороны под углами дифракции j1, j2 ,…, т.е. свет дифрагирует при прохождении через щель. Дифрагированные пучки являются когерентными и могут интерферировать при наложении. Результат интерференции в виде полос с периодическим распределением интенсивности наблюдается на экране 3, находящемся на расстоянии L. Условие дифракционного максимума на основе метода зон Френеля определяется формулой

d sin j = ± (2m +1) изучение дифракции фраунгофера от одной щели - student2.ru (m = 1,2,…).

Более точный расчёт интерференционной картины от одной щели даёт следующие формулы, определяющие углы дифракции, соответствующие дифракционным максимумам:

первого порядка d sin j1 = ± 1,43l;

второго порядка d sin j2 = ± 2,46l; (1)

третьего порядка d sin j3 = ± 3,47l.

Из этих формул, зная ширину щели d и длину волны света l, можно теоретически рассчитать направления на точки экрана, в которых амплитуда, а, следовательно, и интенсивность света максимальна. Аналогичные расчеты можно сделать из экспериментальных данных по измеренным на опыте значениям а1 , а2, и а3 и заданному расстоянию между щелью и экраном L:

(для малых углов допускаем: sin a » tg a). Тогда:

sin j 1» изучение дифракции фраунгофера от одной щели - student2.ru ; sin изучение дифракции фраунгофера от одной щели - student2.ru » изучение дифракции фраунгофера от одной щели - student2.ru ; sinj3 изучение дифракции фраунгофера от одной щели - student2.ru . (2)

МЕТОДИКА И ПОРЯДОК ИЗМЕРЕНИЙ

Закройте окно теории. Внимательно рассмотрите рисунок, найдите все регуляторы и другие элементы эксперимента и зарисуйте их в конспект. Получите у преподавателя допуск для выполнения лабораторной работы.

изучение дифракции фраунгофера от одной щели - student2.ru

ИЗМЕРЕНИЯ:

1. Подведите маркер мыши к движку регулятора вблизи картинки спектра, нажмите левую кнопку мыши и, удерживая её в нажатом состоянии, двигайте движок до установки значения длины волны l1, взятого из таблицы 1 для вашей бригады.

2. Аналогичным образом, зацепив мышью движок регулятора расстояния между щелями, установите минимальное расстояние d = 2 мм. Измерьте, используя шкалу на экране, расстояние а1 между нулевым и первым максимумами, а2 – между нулевым и вторым максимумами и т. д., до четвёртого максимума. Запишите эти значения в таблицу 2. Увеличивая d на 0,5 мм, проведите эти измерения ещё 4 раза.

3. Согласно таблице 1,устанавливая новые числовые значения длины волны l для вашей бригады, повторите измерения по п.2, записывая результаты измерения в таблицы 3,4,5.

ТАБЛИЦА 1. Значения длины волны l( в нм)

Бригада                  
l1 400 405 410 415 420 425 430 435
l2 500 505 510 515 520 525 530 540
l3 580 585 590 595 600 605 610 615
l4 630 635 640 645 650 655 660 665

ТАБЛИЦЫ 2-5 Результаты измерений при l = ______нм

d, мм 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0
а1, мм          
а2, мм          
а3, мм          
а4, мм          
sin j1´103          
sin j2´103          
sin j3´103          
sin j4´103          

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ И ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЁТА:

1.Измерьте по шкале экрана и внесите в таблицы значения а1, а2, а3, а4.

2. Рассчитайте по формулам (2) и внесите в таблицы значения синусов углов дифракции.

3. Сравните полученные результаты с теоретическими, рассчитанными по формулам (1).

4. Оцените абсолютную ошибку измерений углов дифракции.

5. Проведите качественные наблюдения изменения дифракционной картины при увеличении размера щели от минимального до его максимального значения при неизменной длине волны и запишите результаты этих наблюдений в свой отчёт.

Вопросы и задания для самоконтроля

1. Что называется дифракцией Фраунгофера?

2. Что называется дифракцией Френеля?

3. Что такое световая волна?

4. Что такое зона Френеля?

5. Что такое пятно Пуассона и почему оно возникает?

6. Запишите условия максимумов и минимумов при дифракции Френеля и дифракции Фраунгофера.

Наши рекомендации