Контрольные вопросы
В чем заключается явление интерференции? Какие источники называются когерентными? Вывести условия максимума и минимума при интерференции.
Почему интерференционная картина может наблюдаться при малом расстоянии между когерентными источниками и небольшой разности хода?
Какого цвета нулевой максимум при интерференции от двух когерентных источников белого цвета?
Как практически получить интерференционную картину? Практическое использование явления интерференции.
Кольца Ньютона, условие их получения. Вывести рабочую формулу для определения длины волны и радиуса кривизны линзы.
Почему радиус кривизны линзы должен быть велик в сравнении с длиной волны?
Как расположены кольца Ньютона в проходящем свете?
Лабораторная работа № 17
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ СВЕТОВОЙ ВОЛНЫ С ПОМОЩЬЮ ДИФРАКЦИОННОЙ РЕШЕТКИ
Цель работы: ознакомиться с явлением дифракции, определить с помощью дифракционной решетки длины световых волн сплошного спектра. Принадлежности: штатив с дифракционной решеткой и осветителем.
Введение
Дифракция - совокупность явлений, проявляющихся при распространении света в среде с оптическими неоднородностями и связанных с отклонениями от законов геометрической оптики. При дифракции световые волны проникают в область геометрической тени. Между дифракцией и интерференцией нет существенного физического различия: оба явления заключаются в перераспределении светового потока в результате суперпозиции волн и имеют место при соизмеримости длины световых волн с размерами препятствий. Явление дифракции, как следствие волновой природы света объясняется с помощью.
При этом перераспределение интенсивности света возникает вследствие суперпозиции световых волн. Они возбуждаются световыми источниками, принципа Гюйгенса-Френеля, расположенными непрерывно - дифракционной решеткой – совокупностью большого числа щелей, нанесенных алмазом на стеклянную поверхность. Расстояние d между соответствующими точками А и В (рис.1) называется постоянной решетки. На экране после прохождения решетки собранные линзой лучи образуют чередующуюся картину светлых и темных полос, с убывающей от центра картины интенсивностью. Условие образования главных максимумов на экране имеет вид
dsinφ = kλ, (1)
где к=0, +1, ± 2, ± 3, ± 4,..,±∞, к - порядок максимумов.
В работе требуется определить длину световой волны по известной постоянной решетки d и измеряемому углу дифракции φ, принимая для малых φ
sinφ ∞ tgcp = ℓ/z
Тангенс угла φ определяют по измеренным на опыте величинам ℓ - расстоянию от главных максимумов к определенного порядка и цвета до центра щели и z - расстоянию между дифракционной решеткой и осветительной щелью, согласно рис.2.
После этого из условия (1) имеем рабочую формулу:
Порядок выполнения работы
1. Включить в электрическую сеть=220 В источник белого света.
2. Установить последовательно расстояния между щелью и дифракционной решеткой z = 300, 400 и 500 мм и измерять для каждого их значения величины
Согласно рис.2 ℓ’’ и ℓ’ берут для каждого максимума и цвета слева и справа по миллиметровой шкале от щели, сквозь которую белый свет падает на дифракционную решетку. Результаты измерений занести в таблицу.
Z |
К |
ℓ’, мм |
ℓ’’1, мм |
ℓ, мм |
λi, мкм |
<λ>, мкм |
v, Гц |
к |
ℓ’ мм |
ℓ’’ мм |
ℓ, мм |
λi, мкм |
<λ>,мкм |
v, Гц |
|
300 |
1 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
300 |
2 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
400 |
1 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
400 |
2 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
500 |
1 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
500 |
1 |
|
|
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
λкр = < λкр > ± < ∆λкр > = …+. |
λф = <λф> ± <∆> = …+. |
||||||||||||||
3. Для ручной обработки результатов: по формуле 2 с учетом к, ℓ, z, и d = 1*10-2 мм, определить по 6 значений λ для красного и фиолетового цветов.
4. Определить частоту электромагнитных волн для красного и фиолетового цветов из соотношения
где с = 3*108 м/с, и занести результаты в таблицу.
Контрольные вопросы
1. В чем заключается сущность принципа Гюйгенса-Френеля и метода зон Френеля?
2. Как записывается условие наблюдения главных максимумов интенсивности света при нормальном падении на дифракционную решетку плоской монохроматической волны?
3. Каковы различия между дифракционными и дисперсионными спектрами? Какие по цвету лучи в дифракционном спектре сильнее отклоняются от первоначального направления?
Что такое разрешающая способность и дисперсия дифракционной решетки?
Имеются ли естественные дифракционные решетки? Какие Вы знаете условия образования спектров на них?
Назовите области применения явления дифракции света в науке и технике.