Определяне на дължината на вълната на светлината. Експерименти по физика на тема: Лабораторна работа "Определяне на дължината на вълната на светлината"

Цел на работата: запознаване с прозрачна дифракционна решетка, определяне

разделяне на дължини на вълните на спектъра на източник на светлина - лампи с нажежаема жичка

Уреди и аксесоари:

1. Прозрачна дифракционна решетка.

2. Лампа с нажежаема жичка.

3. Гониометър (уред за прецизно измерване на ъгли).

4. Линейна инсталация за определяне на дължината на вълната на светлината.

Дифракция на светлината- явление, състоящо се в отклонение от законите на геометричната оптика и възникващо, когато светлинните вълни преминават близо до непрозрачни препятствия, съизмерими с дължината на светлинните вълни. Има два вида дифракция:

1. Френелова дифракция, т.е. когато дифракционната картина се формира от разклоняващ се лъч от лъчи със сферичен вълнов фронт.

2. Дифракция на Фраунхофер, т.е. когато дифракционната картина се формира от системи от успоредни лъчи, имащи фронт на плоска вълна. В този случай дифракционната картина под формата на тъмни и светли ивици се наблюдава само с помощта на леща, която събира лъчите във фокалната равнина. Нека разгледаме дифракцията на Фраунхофер от дифракционна решетка.

Дифракционната решетка е плоска прозрачна пластина, върху която са нанесени редуващи се прозрачни и непрозрачни ивици. Сумата от ширините на прозрачните и непрозрачните ивици се нарича константа на решетката д, или неговия период.

Нека разгледаме елементарната теория на дифракционната решетка. Нека насочим монохроматичен лъч светлина перпендикулярно на равнината на решетката, т.е. равнинна монохроматична вълна с дължина л. В съответствие с принципа на Хюйгенс-Френел всяка точка от вълновия фронт може да се разглежда като независим източник на вторични вълни. Тези източници са последователни. Всеки процеп на решетката се държи като точков източник на вторични вълни, при условие че ширината на процепа е по-малка от дължината на вълната. В този случай дифракционната решетка представлява набор от кохерентни точкови източници (5), разположени в процепите на решетката и излъчващи светлинни вибрации във всички посоки. Паралелен сноп от лъчи, падащ върху дифракционна решетка, ще промени структурата си в резултат на дифракцията. След решетката отклонението на лъчите от първоначалната посока е от 0 0 до 90 0 надясно и наляво. Ако зад дифракционната решетка се постави събирателна леща, тогава във фокалната равнина на лещата може да се наблюдава дифракционна картина, която е резултат от два процеса: дифракция на светлината от всеки процеп на решетката и многолъчева интерференция от всички процепи. Основните характеристики на тази картина се определят от втория процес.

Тъй като върху решетката пада плоска вълна, лъчите с една и съща посока, излизащи от различни прорези, имат еднакви начални фази. Обективът също не въвежда фазови разлики. Следователно фазовата разлика може да се създаде само поради разликата в пътя на лъчите към лещата. Ако разликата в хода стрсъответните лъчи (т.е. лъчи, излизащи от съответно разположени точки на два съседни процепа) е равно на цяло число k=0,1,2,3...дължини на вълните на светлината л, т.е. pg=d×sinj=kl,тогава разликата в пътя на всеки лъч, който върви в тази посока:

също е равно на цяло число дължини на вълните (множител нравна на разликата в номерата на слотовете). Следователно всички лъчи излизат под ъгъл й, отговарящи на условието:

(1)

при намеса те ще се усилват взаимно и на екрана ще се наблюдава максимум светлина. Уравнение (1) е основното за практическа употребадифракционни решетки. Чрез измерване на ъглите j, съответстващи на позициите на дифракционните максимуми, е възможно, като се знае дължината на вълната на светлината, да се намери константата на решетката d или обратно, като се знае d, да се определи дължината на вълната на светлината. В централната светлинна лента, чието изображение се създава от лъч, успореден на падащия (k = 0, sinj = 0), се сумират действията на всички лъчи, независимо от дължината на вълната. Вдясно и вляво от централния максимум има светлинни ивици, за които k = ±1, ±2, ±3, ±4, ... Те се наричат ​​дифракционни максимуми от 1-ви, 2-ри... и k-ти ред. Съгласно уравнение (1), различни стойности на l съответстват на различни ъгли j (в дифракционни максимуми от същия ред). Следователно, когато решетката се освети с бяла светлина във фокалната равнина на лещата, се образуват поредица от дифракционни спектри, които се припокриват един с друг.

Решавайки уравнение (1) за l, получаваме:

Този израз е основната изчислителна формула за изчисляване на дължините на вълните на светлината. В тази лабораторна работа дължината на вълната на светлината се определя с помощта на гониометър и линеен монтаж.

Лабораторна работа.

Предмет:Определяне на дължината на вълната на светлината.

Цел на работата:Експериментално определяне на дължината на вълната на светлината.

Оборудване:устройство за определяне на дължината на вълната на светлината, дифракционна решетка и източник на светлина.

Теоретична част от работата:Дифракционната решетка е колекция голямо числотесни прорези, разделени от непрозрачни пространства.

d = a + b – период на дифракционна решетка

d ∙ sin = k ∙ λ, k = 0, 1, 2… - формула за дифракционна решетка,

φ е ъгълът, при който се наблюдава максималната светлина от съответния цвят.

В работата се използва дифракционна решетка с период 1/100 мм, 1/50 мм (периодът е посочен на решетката). Това е основната част от измервателната настройка, показана на фиг. 1. Решетката 1 е монтирана в държач 2, който е прикрепен към края на линийката 3. На линийката е монтиран черен екран 4 с тесен вертикален процеп 5 в средата, екранът може да се движи по линийката, което позволява можете да промените разстоянието между него и дифракционната решетка (за да получите най-голяма острота). На екрана и линийката има мм скали. Ако погледнете през решетката и процепа към източника на светлина, тогава на черния фон на екрана можете да наблюдавате дифракционни спектри от 1-ви, 2-ри и т.н. ред от двете страни на процепа (случайно изкривяване в подреждането на спектри се елиминира чрез завъртане на рамката с решетката).

Дължината на вълната се определя по формулата: λ = (d ∙ sin)/ k.

Като използвате фиг. 2 и формулата на дифракционната решетка, докажете, че дължината на светлинната вълна може да се определи по формулата: λ = (d ∙ b) / (k ∙ a), k е редът на спектъра.

При извеждането на тази формула имайте предвид, че поради малките ъгли (поне > 5), при които се наблюдават максимумите, техният sin може да бъде заменен с tg.

Разстояние Апребройте с линийка от мрежата до екрана, b– по скалата на екрана от процепа до избраната спектрална линия. В тази работа грешката на измерване λ не се оценява поради несигурността при избора на средата на спектъра на даден цвят.

Изтегли:

Преглед:

Лабораторна работа.

Предмет: Определяне на дължината на вълната на светлината.

Цел на работата: Експериментално определяне на дължината на вълната на светлината.

Оборудване: устройство за определяне на дължината на вълната на светлината, дифракционна решетка и източник на светлина.

Теоретична част от работата:Дифракционната решетка е колекция от голям брой тесни процепи, разделени от непрозрачни пространства.

D = a + b – период на дифракционна решетка

D∙грех = k ∙ λ, k = 0, 1, 2… - формула за дифракционна решетка,

φ е ъгълът, при който се наблюдава максималната светлина от съответния цвят.

В работата се използва дифракционна решетка с период 1/100 mm, 1/50 mm (периодът е посочен на решетката). Това е основната част от измервателната настройка, показана на фиг. 1. Решетката 1 е монтирана в държач 2, който е прикрепен към края на линийката 3. На линийката е монтиран черен екран 4 с тесен вертикален процеп 5 в средата, екранът може да се движи по линийката, което позволява можете да промените разстоянието между него и дифракционната решетка (за да получите най-голяма острота). На екрана и линийката има скали в mm. Ако погледнете през решетката и процепа към източника на светлина, тогава на черния фон на екрана можете да наблюдавате дифракционни спектри от 1-ви, 2-ри и т.н. ред от двете страни на процепа (случайно изкривяване в подреждането на спектри се елиминира чрез завъртане на рамката с решетката).

Дължината на вълната се определя по формулата: λ = (d ∙ sin)/к.

Като използвате фиг. 2 и формулата на дифракционната решетка, докажете, че дължината на светлинната вълна може да се определи по формулата: λ = (d ∙ b) / (k ∙ a), k е редът на спектъра.

При извеждането на тази формула имайте предвид, че поради малките ъгли (поне > 5), при които се наблюдават максимумите, техният sin може да бъде заменен с tg.

Разстояние а пребройте с линийка от мрежата до екрана, b – по скалата на екрана от процепа до избраната спектрална линия. В тази работа грешката на измерване λ не се оценява поради несигурността при избора на средата на спектъра на даден цвят.

Практическата част от работата.

Задача No1.

1. Сглобете измервателната система, монтирайте екрана на разстояние, на което спектрите са ясно видими.
2. Гледайки през дифракционната решетка и процеп в екрана към източника на светлина и премествайки екрана, настройте го така, че дифракционните спектри да са успоредни на мащаба на екрана.
3. Без да местите устройството, използвайте скалата, за да определите позицията на центровете на цветните ленти в спектрите на първия

ред. Запишете резултатите в таблицата. Определете средната стойност на резултатите от измерването.

Изчисления:

1. Сравнете получените резултати, получените резултати с дължините на вълните на тези цветове върху цветната вложка или според предложената таблица:

1. Направи заключение.

Задача No2. Наблюдение на дифракцията на светлината в грамофонна плоча (78 rpm, 33 rpm)

1. Вземете парче чиния от дясна ръкаи го поставете от дясната страна на окото, така че жлебовете да са разположени вертикално, тоест успоредно на нажежаемата жичка на лампата, а светлината от лампата да пада върху повърхността под различни ъгли. Наблюдението се извършва най-добре в затъмнена стая.
2. Направете заключение за зависимостта на яснотата и яркостта на получените спектри от броя на браздите и ъгъла на падане на лъчите.

Контролни въпроси:

1) Защо при осветяване на дифракционната решетка с бяла светлина в централната част на спектъра, получен на екрана, винаги има бяла лента?

2) Дифракционните решетки имат 50 и 100 линии на 1 mm. Кое ще даде по-широк спектър на екрана при равни други условия?

3) Как се променя моделът на дифракционния спектър, когато екранът се отдалечава от решетката?

4) Какви трудности се срещат при извършване на дифракционни експерименти и как могат да бъдат преодолени?

5) Как се различава дифракционният спектър от дисперсионния (призматичен) спектър?

6) Защо не можете да видите атом с микроскоп?

7) Какви са причините за грешките в измерването?

8) Защо червената част на спектъра от всеки порядък е разположена по-близо до центъра на центъра на мащаба?

9) Колко порядъка на спектъра могат да се наблюдават с помощта на това устройство?

10) Какви физични величини или характеристики могат да се определят с помощта на това устройство?

Ориз. 1. Устройство за определяне на дължината на вълната на светлината.

1 – дифракционна решетка; 4 – екран;

2 – държач; 3 – владетел; 5 – вертикален процеп

Ориз. 2. Схема на експеримента за определяне на дължината на вълната.

Определяне на дължината на вълната на светлината от готови снимки.

Инсталацията за получаване на снимки се състои от лазер LGI-207B, процеп и екран (разположен на разстояние L = 1,2 m от прореза); върху последния се поставя лист фотохартия. Времето на експозиция на централното дифракционно петно ​​е 10–15 s, останалата част от картината е 3 min.

Бяха получени 4 снимки на дифракционни модели, съответстващи на различни ширини на процепа:

b 1 = 0,33 mm (фиг. 1), b 2 = 0,20 mm (фиг. 2), b 3 = 0,15 mm (фиг. 3), b 4 = 0,10 mm (фиг. 4).

Дифракционната картина, наблюдавана на екрана, е Fraunhofer, следователно, за да се определи дължината на вълната, може да се използва условието за дифракционния минимум: b sin φ = k λ. Поради малкия ъгъл условието sin φ ≈ tan φ = a /I, където a – разстояние от средата на максимума от нулев порядък до минимума от k-ти порядък. Тогава формулата за изчисляване на дължината на вълната е:

Относителна грешка ελ Дължината на вълната в този случай се определя от израза:

ε λ = .

Тъй като грешката намалява с увеличаване на ширината b и разстояниетоА , тогава Фиг. се използва за изчисляване на λ. 1. При k = 15 иА = 35 mm дължина на вълната λ = 610 nm.

След това, използвайки получената стойност на λ и стойностите на ширината на слота b 2, b 3 и b 4, позициите трябва да бъдат изчислени 2, 3, 4 Минимуми от 5-ти ред. Сравняване на получените стойностии аз с измервания на фиг. 2 - 4 е необходимо да се направят изводи за валидността на дифракционното минимално условие за процепа и промяната във външния вид на дифракционната картина в зависимост от ширината на процепа.

Редът на работа.

1. С помощта на снимката (фиг. 1) определете позицията на 15-ия дифракционен минимум спрямо средата на централния максимум.

4. Използвайки снимки (фиг. 2 - 4), намерете позицията на същите тези минимуми и сравнете получените стойности с изчисленията.

5. Направете изводи.

Размер: px

Започнете да показвате от страницата:

Препис

1 Лабораторна работа 3 Определяне на дължината на вълната на светлината с помощта на дифракционна решетка ЦЕЛ НА РАБОТА Запознаване с прозрачна дифракционна решетка, определяне на дължините на вълните на спектъра на източник на светлина (лампа с нажежаема жичка). УСТРОЙСТВА И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ 1. Дифракционна решетка 2. Лампа с нажежаема жичка 3. Линейна инсталация за определяне на дължината на вълната на светлината. КРАТКА ТЕОРИЯ Дифракцията на светлината е явление, което се състои в отклонение от законите на геометричната оптика и възниква, когато светлинните вълни преминават близо до непрозрачни препятствия, съизмерими с дължината на светлинните вълни. Има два вида дифракция: 1. При дифракцията на Френел дифракционната картина се формира от разминаващ се сноп лъчи със сферичен вълнов фронт. 2. При дифракцията на Фраунхофер дифракционната картина се формира от системи от успоредни лъчи, имащи плосък вълнов фронт. В този случай дифракционната картина под формата на тъмни и светли ивици се наблюдава само с помощта на леща, която събира лъчите във фокалната равнина. Нека разгледаме дифракцията на Фраунхофер от дифракционна решетка. Дифракционната решетка е плоска прозрачна пластина, върху която са нанесени редуващи се прозрачни и непрозрачни ивици. 1 от 8

2 Сумата от ширините на прозрачните и непрозрачните ивици се нарича константа на решетката d или нейният период. d a b период на решетка Фиг. 1. Дифракционна решетка Нека разгледаме елементарната теория на дифракционната решетка. Нека насочим монохроматичен лъч светлина перпендикулярно на равнината на решетката, т.е. равнинна монохроматична дължина на вълната. В съответствие с принципа на Хюйгенс-Френел всяка точка от вълновия фронт може да се разглежда като независим източник на вторични вълни. Тези източници са последователни. Всеки процеп на решетката се държи като точков източник на вторични вълни, при условие че ширината на процепа е по-малка от дължината на вълната. В този случай дифракционната решетка представлява набор от кохерентни точкови източници S 1, S 2, S 3, S n (фиг. 1), разположени в процепите на решетката и излъчващи светлинни вибрации във всички посоки. Паралелен сноп от лъчи, падащ върху дифракционна решетка, ще промени структурата си в резултат на дифракцията. След решетката ъгълът на отклонение на лъчите от първоначалната посока варира от 0 до 90 надясно и наляво (фиг. 2). 2 от 8

3 Ако събирателна леща се постави зад дифракционната решетка, тогава във фокалната равнина на лещата може да се наблюдава дифракционна картина, която е резултат от два процеса: дифракция на светлината от всеки процеп на решетката и многолъчева интерференция от всички процепи. Основните характеристики на тази картина се определят от втория процес. Ориз. 2 Тъй като върху решетката пада плоска вълна, лъчите с една и съща посока, излизащи от различни процепи, имат еднакви начални фази. Обективът не въвежда фазова разлика. Следователно, фазовата разлика може да бъде създадена само поради разликата в пътя на лъчите към лещата, съгласно фиг. 2. AB d sin В случай, че разликата в пътя на лъчите, излизащи от съответно разположените точки на два съседни процепа, е равна на цяло число дължини на вълните на светлината, вълните ще се усилват взаимно (максимален интензитет). k, (k = 0, 1, 2, 3,) 3 от 8

4 По този начин разликата в пътя на всеки лъч, който върви в тази посока: Nd sin Nk, където N е равно на разликата в броя на прорезите. Следователно всички лъчи, излизащи от два съседни процепа под ъгъл (N 1), отговарят на условието d sin k (1) По време на интерференция те ще се усилват взаимно и на екрана ще се наблюдава максимален интензитет на светлината. Уравнение (1) е основно при практическото използване на дифракционни решетки. Чрез измерване на ъглите, съответстващи на позициите на дифракционните максимуми и познаване на дължината на вълната на светлината, може да се намери константата на решетката d или обратното, като се знае d, да се определи дължината на вълната на светлината. В централната светлинна лента, чието изображение се създава от лъч, успореден на падащия лъч, се сумират действията на всички лъчи, независимо от дължината на вълната (централен максимум). k 0, sin 0 Вдясно и вляво от централния максимум има светлинни ивици, за които k = 1, 2, 3, 4,... Те се наричат ​​дифракционни максимуми от 1-ви, 2-ри... и k-ти ред. Съгласно уравнение (1), различни стойности съответстват на различни ъгли (в дифракционни максимуми от същия ред). Следователно на 4 от 8

При осветяване на решетката с бяла светлина във фокалната равнина на лещата се образуват поредица от дифракционни спектри, които се застъпват един върху друг (фиг. 3). Решавайки относително уравнение (1), получаваме: d sin k (2) Този израз е основната изчислителна формула за изчисляване на дължините на светлинните вълни. В тази лабораторна работа дължината на вълната на светлината се определя с помощта на гониометър и линейна настройка. Ориз. 3. Дифракционна картина на решетката в зелено (горен ред) и бяла светлина ЕКСПЕРИМЕНТАЛНА ПОСТАНОВКА Експерименталната постановка се състои от дървен блокправоъгълно напречно сечение, върху чиято горна страна има милиметрова скала. В жлебовете на лентата се движи подвижен екран E, върху който е залепена милиметрова скала. Оптичният дизайн е показан на фиг. 8

6 Нулата на скалата се намира в средата на екрана, където има процеп. Окото вижда дифракционни спектри, които се проектират върху екрана E. Фиг. 4 Ъгълът на дифракция, при който се вижда дифракционният максимум, е малък, така че можем да приемем, че: b sin tan, l (3) където b е разстоянието до дифракционния максимум на екрана; разстояние от дифракционната решетка до екрана. Замествайки (3) в (2), получаваме: d b, k l (4) където d е периодът на решетка; k е редът на спектъра. 6 от 8

7 ПРОЦЕДУРА 1. Запалете електрическата крушка. Укрепете устройството така, че хоризонталната лента да е на нивото на очите. 2. Инсталирайте дифракционна решетка в рамката. Определете периода на дифракционната решетка d (посочен върху самата решетка). 3. Поставете подвижен екран на разстояние l1 20 cm. 4. С окото си близо до дифракционната решетка, насочете устройството към източника на светлина, така че спиралата на лампата да се вижда през тесния процеп на екрана. На черен фон ще се виждат симетрични спектри от двете страни на прореза. 5. Определете на мащаба на екрана разстоянието b cr до червеното, както и до виолетовите лъчи b виолетово в спектъра от първи (k 1) и втори ред (k 2), първо от едната страна на централния максимум , след това от другата. 6. Извършете подобни измервания за разстояние l2 30 cm. 7. Използвайки формула (4), изчислете дължината на вълната на червената и виолетовата светлина. fiol 8. Въведете данните в таблицата. 9. Определете средните стойности на червените и виолетовите дължини на вълните. 10. Сравнете получените данни с табличните. 11. Направете изводи. 7 от 8

8 Позиция на таблицата k d, m b cr, m b fiol, m l, m cr, nm fiol, nm отляво 1 0,2 отдясно 1 0,2 отляво 2 0,2 ​​отдясно 2 0,2 ​​отляво 1 0,3 отдясно 1 0,3 отляво 2 0,3 отдясно 2 0,3 Средна стойност ТЕСТОВИ ВЪПРОСИ 1. Формулирайте принципа на Хюйгенс-Френел. 2. Какви вълни се наричат ​​кохерентни? 3. Какво представлява явлението дифракция? 4. При какви условия се наблюдава дифракция? 5. Каква е ролята на лещата за получаване на дифракционната картина? 6. Условие на максимуми за дифракционна решетка. 7. Какъв е редът на цветовете в дифракционните спектри? 8. По какво ще се различават дифракционните картини, получени от решетки с различни константи, но и еднакъв брой линии? 9. Какво е дължина на вълната? 8 от 8

Лабораторна работа 5а Определяне на дължината на вълната на светлината с помощта на дифракционна решетка. Цел на работата: да се изследва явлението дифракция на светлината и да се използва това явление за определяне на дължината на вълната на светлината.

Държава по-висока образователна институция"ДОНЕЦК НАЦИОНАЛЕН ТЕХНИЧЕСКИ УНИВЕРСИТЕТ" Департамент по физика Лабораторен доклад 84 ОПРЕДЕЛЯНЕ НА ДЪЛЖИНАТА НА ВЪЛНАТА НА СВЕТЛИНАТА С ИЗПОЛЗВАНЕ НА ДИФРАКЦИОННА РЕШЕТКА

Министерство на образованието на Република Беларус Образователна институция „Беларус Държавен университеткомпютърни науки и радиоелектроника" Катедра "Физика" ЛАБОРАТОРНА РАБОТА.7 ИЗСЛЕДВАНЕ НА ДИФРАКЦИЯТА НА ФРАУНХОФЕР

Изчислителната и графична задача е посветена на раздела на вълновата оптика на дифракцията. Целта на работата е да се изследва дифракцията от дифракционна решетка. Кратка теориядифракционни явления. Дифракцията е явление, което е присъщо

Лабораторна работа 3 ОПРЕДЕЛЯНЕ НА ДЪЛЖИНАТА НА ВЪЛНАТА С ИЗПОЛЗВАНЕ НА ДИФРАКЦИОННА РЕШЕТКА Цели на работата: Изследване на дифракционна решетка като спектрално устройство. В процеса на работа е необходимо: ​​1) да намерите дължините на вълните на спектралния

Лабораторна работа 6 ИЗСЛЕДВАНЕ НА ДИФРАКЦИОННА РЕШЕТКА Дифракцията на светлината е явление, състоящо се в отклонение на посоката на разпространение на светлинните вълни от посоките, определени от геометричната оптика.

ЛАБОРАТОРНА РАБОТА 272 ОПРЕДЕЛЯНЕ НА ДЪЛЖИНАТА НА ВЪЛНАТА НА МОНОХРОМАТИЧНАТА СВЕТЛИНА С ИЗПОЛЗВАНЕ НА ДИФРАКЦИОННА РЕШЕТКА 1. Цел на работата: определяне на дължината на вълната на лазерната светлина с помощта на дифракционна решетка. 2. Теоретичен

Работа 5. ИЗСЛЕДВАНЕ НА ДИФРАКЦИЯТА НА СВЕТЛИНАТА ВЪРХУ ЕДИНЕН ПРОРЕЗ И ДИФРАКЦИОННА РЕШЕТКА Цел на работата: 1) наблюдение на дифракционната картина на Фраунхофер от единичен процеп и дифракционна решетка в монохроматична светлина;

Специализиран образователен и научен център - факултет на Московския държавен университет. М.В. Ломоносов, училище на име A.N. Колмогоров Катедра по физика общ физическа работилницаЛабораторна работа Измерване на дължини на светлинните вълни в твърдо тяло

ЛАБОРАТОРНА РАБОТА 48 ИЗСЛЕДВАНЕ НА ДИФРАКЦИЯТА НА СВЕТЛИНАТА ВЪРХУ ДИФРАКЦИОННА РЕШЕТКА Целта на работата е да се изследва дифракцията на светлината върху едномерна дифракционна решетка, определяща дължината на вълната на излъчване на полупроводников лазер.

Работа 25а ИЗУЧАВАНЕ НА ЯВЛЕНИЯ, ДЪЛЖЕЩИ СЕ ДИФРАКЦИЯТА Цел на работата: наблюдение на дифракцията на светлината върху дифракционна решетка, определяне на периода на дифракционната решетка и областта на пропускане на светлинните филтри Оборудване:

Лабораторна работа 0 ИЗСЛЕДВАНЕ НА ДИФРАКЦИОННА РЕШЕТКА Прибори и принадлежности: Спектрометър, осветител, дифракционна решетка с период 0,0 mm. Въведение Дифракцията е набор от наблюдавани явления

ЛАБОРАТОРНА РАБОТА 8- ИЗСЛЕДВАНЕ НА ДИФРАКЦИОННА РЕШЕТКА Цел на работата: да се изследва дифракцията на светлината върху едномерна дифракционна решетка и да се определят нейните характеристики: период на дифракционната решетка, ъглова дисперсия.

ЛАБОРАТОРНА РАБОТА 3.3 ОПРЕДЕЛЯНЕ НА ДЪЛЖИНАТА НА ВЪЛНАТА НА СВЕТЛИНАТА С ИЗПОЛЗВАНЕ НА ДИФРАКЦИОННА РЕШЕТКА 1. Цел на работата Целта на тази работа е да се изследва явлението дифракция на светлината, използвайки примера на дифракционна решетка и

Дифракция на светлината Лекция 4.2. Дифракция на светлината Дифракцията е набор от явления, наблюдавани по време на разпространението на светлината в среда с резки нееднородности (ръбове на екрани, малки дупки) и свързани с отклонения

Ярославска държава Педагогически университеттях. К.Д. Ушински Лабораторна работа 8 Определяне на параметрите на дифракционната решетка на Rowland Yaroslavl 010 Съдържание 1. Въпроси за подготовка

ЛАБОРАТОРНА РАБОТА 47 ИЗУЧАВАНЕ НА ДИФРАКЦИЯТА В ПАРАЛЕЛНИ ЛЪЧИ (ДИФРАКЦИЯ НА ФРАУНХОФЕР) Целта на работата е да се наблюдава дифракционната картина при дифракция в успоредни лъчи при един и два процепа; определение

Министерство на образованието Руска федерацияКатедрата по теоретична и експериментална физика на Томския политехнически университет „ОДОБРЕНО“ Декан на UNMF I.P. Чернов 00 Указания по ДИФРАКЦИЯ

РАБОТА 6 Изследване на дифракцията на Френел върху кръгъл отвор и кръгъл диск Цел на работата: изучаване на явлението дифракция на светлина върху най-простите обекти и измерване на основните им параметри. Въведение в дифракцията

ЛАБОРАТОРНА РАБОТА 6 (8) ИЗСЛЕДВАНЕ НА ПРОЗРАЧНА ДИФРАКЦИОННА РЕШЕТКА Цел на работата: Запознаване с прозрачна дифракционна решетка, определяне на дължините на вълните на червения и зелени цветяопределяне на дисперсията

Лабораторна работа 20 Определяне на дължините на вълните на линиите на радиационния спектър с помощта на дифракционна решетка Цел на работата: запознаване с прозрачна дифракционна решетка; определяне на дължините на вълните на спектъра на източника

КАЗАНСКА ДЪРЖАВНА АРХИТЕКТУРНА И СТРОИТЕЛНА АКАДЕМИЯ Катедра по физика МЕТОДОЛОГИЧЕСКИ ИНСТРУКЦИИ ЗА ЛАБОРАТОРНА РАБОТА ПО ФИЗИКА за студенти от специалности 2903, 2906, 2907, 2908, 2910 Лаборатория

Тема 2. Дифракция на светлина Задачи за независимо решение. Задача 1. Между точков източник на светлина и екрана е поставена диафрагма с кръгъл отвор, чийто радиус r може да се променя. Разстояния от

Министерство на образованието и науката на Руската федерация Федерална агенция за образование Саратовски държавен технически университет Измерване на дължината на вълната на светлината с помощта на дифракционна решетка

Лабораторна работа 43 b Изследване на дифракцията на светлината върху дифракционна решетка Лабораторната работа е разработена от следните преподаватели от катедрата по физика на Московския държавен университет: - аспирант Усатов I.I., доцент. Царгородцев Ю.П.

Министерство на образованието и науката на Руската федерация Федерална агенция за образование Руски държавен университет за нефт и газ им. ТЯХ. Губкин Катедра по физика http://physics.gubkin.ru ЛАБОРАТОРНА РАБОТА

1 Тема: Вълнови свойства на светлината: дифракция Дифракцията е явлението на вълни, които се огъват около препятствия, срещани по пътя им, или в по-широк смисъл всяко отклонение в разпространението на вълни в близост до

Дифракция на светлината Дифракцията е отклонението на разпространението на вълната от законите на геометричната оптика в близост до препятствия (вълни, огъващи се около препятствия). ОБЛАСТ НА ГЕОМЕТРИЧНА СЯНКА Дифракция

4. Вълнова оптика. Основни закони и формули Абсолютен показателпречупване на хомогенна прозрачна среда n = c / υ, където c е скоростта на светлината във вакуум, а υ е скоростта на светлината в среда, чиято стойност зависи

3 Цел на работата: да се изследва влиянието на ширината на тесен процеп върху появата на дифракционната картина, когато се наблюдава в лазерна светлина. Задача: калибрирайте процепа с регулируема ширина, като използвате позицията на дифракционните минимуми

Лабораторна работа 3.05 ДИФРАКЦИЯ НА ФРАУНХОФЕР ВЪРХУ ПРОРЕЗИ И ДИФРАКЦИОННИ РЕШЕТКИ M.V. Козинцева, Т.Ю. Любезнова, А.М. Бишаев Цел на работата: да се изучат характеристиките на дифракцията на Фраунхофер на светлинните вълни

Указания за извършване на лабораторна работа 3..3 ИЗСЛЕДВАНЕ НА ДИФРАКЦИЯ ОТ ПРОРЕЗ В ЛАЗЕРНИ ЛЪЧИ Stepanova L.F. Вълнова оптика: Указания за извършване на лабораторна работа по физика / L.F.

Източносибирски държавен университет по технологии и управление Катедра по физика Дифракция на светлината Лекция 4.2 Дифракция на светлина набор от явления, наблюдавани по време на разпространението на светлина в среда с

ФЕДЕРАЛНА АГЕНЦИЯ ПО ОБРАЗОВАНИЕТО ДЪРЖАВНА ОБРАЗОВАТЕЛНА ИНСТИТУЦИЯ ЗА ВИСШЕ ПРОФЕСИОНАЛНО ОБРАЗОВАНИЕ МОСКОВСКИ ДЪРЖАВЕН УНИВЕРСИТЕТ ЗА ДИЗАЙН И ТЕХНОЛОГИИ НОВОСИБИРСК ТЕХНОЛОГИЧЕСКИ

Министерство на образованието и науката на Руската федерация Томски държавен университет по системи за управление и радиоелектроника (TUSUR) Катедра по физика ИЗСЛЕДВАНЕ НА ДИФРАКЦИЯТА НА ЛАЗЕРНОТО ЛЪЧЕНИЕ ВЪРХУ ДВУИЗМЕРНО

ЛАБОРАТОРНА РАБОТА 42 ИЗСЛЕДВАНЕ НА ИНТЕРФЕРЕНЦИЯТА В ЕКСПЕРИМЕНТ С БИПРИЗМА НА ФРЕНЕЛ Целта на работата е да се изследва интерференцията на светлината в експеримент с бипризма на Френел. Оценка на дължината на лазерната вълна и ъгъла на пречупване

МОСКОВСКИЯТ ДЪРЖАВЕН ТЕХНИЧЕСКИ УНИВЕРСИТЕТ "МАМИ" Катедра по физика ЛАБОРАТОРНА РАБОТА 3.05 Изследване на дифракцията на Фраунхофер от единичен процеп Москва 2008 1 ЛАБОРАТОРНА РАБОТА 3.05 Изследване на дифракция

Оптика Вълнова оптика Спектрални инструменти. Дифракционна решетка Видимата светлина се състои от монохроматични вълни с различни дължини на вълната. При излъчване от нагрети тела (нишка на лампа с нажежаема жичка)

3 Цел на работата: да се запознаят с отразяващата дифракционна решетка. Задача: с помощта на дифракционна решетка и гониометър да се определят дължините на вълните на спектралните линии на живачна лампа и ъгловата дисперсия на решетката

ДИФРАКЦИЯ НА СВЕТЛИНА 1. Изчислете радиуса r на шестата зона на Френел за плоска монохроматична вълна (λ = 546 nm), ако точката на наблюдение е на разстояние b = 4,4 m от фронта на вълната. 2. Изчислете радиуса

Изследване на дифракцията на светлината Lipovskaya M.Yu., Yashin Yu.P. Въведение. Светлината може да се прояви или като вълна, или като поток от частици, което се нарича двойственост частица-вълна. Намеса и

Самостоятелна работа № 6 „Вълнова оптика” 1.1. Екранът се осветява от два кохерентни източника на светлина, разположени на разстояние 1 mm един от друг. Разстояние от равнината на светлинните източници до екрана

Лабораторна работа 3.21 ДИФРАКЦИЯ НА ЛАЗЕРНА СВЕТЛИНА ОТ ПРОРЕЗ. ДИФРАКЦИЯ НА ФРЕНЕЛ. G.E. Бугров, А.М. Бишаев Цел на работата: Изучаване на явлението дифракция на светлината от процеп. От получената картина на екрана определете

Лабораторна работа 5.4 ДИФРАКЦИОННА РЕШЕТКА 5.4.1. Цел на работата Целта на работата е да се запознае с моделирането на процеса на добавяне на кохерентни електромагнитни вълни и пилотно проучванемодели

МИНИСТЕРСТВО НА ОБРАЗОВАНИЕТО И НАУКАТА НА РУСКАТА ФЕДЕРАЦИЯ Федерален държавен бюджет образователна институцияпо-висок професионално образование„ТЮМЕНСКИ ДЪРЖАВЕН АРХИТЕКТУРЕН И СТРОИТЕЛЕН

Урок 24 Вълнова оптика https://www.youtube.com/watch?v=0u4jaasz9f4 учебно видео Задача 1 Разлагане на лъч слънчева светлинав спектъра при преминаване през призма се обяснява с факта, че светлината се състои

Министерство на образованието и науката на Руската федерация Федерална агенция за образование Държавна образователна институция за висше професионално образование "UFA STATE OIL"

ФЕДЕРАЛНА АГЕНЦИЯ ЗА ОБРАЗОВАНИЕ Държавна образователна институция за висше професионално образование "НАЦИОНАЛЕН ИЗСЛЕДОВАТЕЛСКИ ТОМСК ПОЛИТЕХНИЧЕСКИ УНИВЕРСИТЕТ" ОДОБРЕНО Заместник-ректор-директор

Лабораторна работа 6, Евгений Павлов, RE - Цел на работата: изследване на дифракция на Френел от кръгъл отвор, процеп и преход към дифракция на Фраунхофер; определяне на параметрите на отвора различни формипри учене

Примери за решаване на проблеми Пример Светлина с дължина на вълната пада нормално върху дълъг правоъгълен процеп с ширина b Намерете ъгловото разпределение на интензитета на светлината по време на дифракцията на Фраунхофер, както и ъгловата позиция

1 Лабораторна работа 3 04 ИЗМЕРВАНЕ НА ДЪЛЖИНАТА НА ВЪЛНАТА НА ЛАЗЕРНОТО ИЗЛЪЧВАНЕ ОТ ЕКСПЕРИМЕНТИ С ИНТЕРФЕРЕНТА Част 1. Изследване на светлинна интерференция с помощта на бипризма на Френел Цел на работата: да се формулира изследователска хипотеза,

ЛАБОРАТОРНА РАБОТА 3.04 ИЗУЧАВАНЕ НА СПЕКТЪРА НА ДИФРАКЦИОННА РЕШЕТКА С ГОНИОМЕТЪР 1. Цел на работата Целта на работата е да се изучи явлението дифракция и да се запознае с метода за определяне на дължината на вълната на светлината

Работа ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ НА СВЕТЛИНА В ОПТИЧНА ВЕРИГА С ФРЕНЕЛОВА БИПРИЗМА Цел на работата: наблюдение на явлението светлинна интерференция и определяне на дължината на вълната на светлината в оптична верига с Френелова бипризма. Въведение в интерференцията

МИНИСТЕРСТВО НА ОБРАЗОВАНИЕТО И НАУКАТА НА РУСКАТА ФЕДЕРАЦИЯ КАЗАНСКИ ДЪРЖАВЕН АРХИТЕКТУРЕН И ИНЖЕНЕРЕН УНИВЕРСИТЕТ Катедра по физика МЕТОДОЛОГИЧЕСКИ ИНСТРУКЦИИ ЗА ЛАБОРАТОРНА РАБОТА ПО ФИЗИКА за студенти

Лабораторна работа 43 a Изследване на дифракцията на Фраунхофер Лабораторната работа е разработена от следните преподаватели от катедрата по физика на Московския държавен университет: - аспирант Усатов I.I., доцент. Царгородцев Ю.П. проф. Полуектов Н.П.

Интерференция Дифракция Вълнова оптика Основни закони на оптиката Закон за праволинейно разпространение на светлината Светлината в оптически хомогенна среда се разпространява праволинейно Закон за независимостта на светлинните лъчи

И ОТНОСНО. Заплатина Ю.Л. Чепелев ОПРЕДЕЛЯНЕ НА ДЪЛЖИНАТА НА ВЪЛНАТА НА ИЗЛЪЧВАНЕ НА ЛАЗЕРНА ПОКАЗКА ПО ДИФРАКЦИОННИЯ МЕТОД Екатеринбург 2013 г. МИНИСТЕРСТВО НА ОБРАЗОВАНИЕТО НА РУСКИЯ ФЕДЕРАЛЕН ГБОУ ВПО "УРАЛСКИ ДЪРЖАВЕН ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИ УНИВЕРСИТЕТ"

Специализиран образователен и научен център - факултет на Московския държавен университет. М.В. Ломоносов, училище на име A.N. Колмогоров Катедра по физика Уъркшоп по обща физика Лабораторна работа 4.6 Опит на Йънг. Изследване на вълни

ИЗУЧВАНЕ НА ЯВЛЕНИЯТА НА ИНТЕРФЕРЕНЦИЯТА: ОПИТЪТ НА ЮНГ Целта на работата е да се изучи феноменът на интерференция на светлината, като се използва примерът на експеримента на Йънг, да се проучи интерферентната картина, получена в експеримента на Йънг, да се изследва зависимостта

0050. Дифракция на лазерно лъчение Цел на работата: Определяне на ширината на процепа и константата на дифракционните решетки от дифракционни картини на екрана за наблюдение Необходимо оборудване: Модулен учебен комплекс

Ярославски държавен педагогически университет на името на. К. Д. Ушински Лабораторна работа 3 Определяне на дължината на вълната на светлината с помощта на бипризма на Френел Ярославъл 2009 г. Съдържание 1. Въпроси за подготовка

ДИФРАКЦИЯ НА ФРАУНХОФЕР. Насрединов Ф.С., Хрушчова Т.А., Щелмах К.Ф. Цел на работата: експериментално запознаване с характеристиките на дифракцията на светлината върху тесен процеп и периодични обекти - дифракционна решетка и решетка.

Лабораторна работа 4. Изследване на дифракция на Фраунхофер върху дифракционна решетка. Методическо ръководство Москва 04. Изследване на дифракция на Фраунхофер върху дифракционна решетка. Цел на работата Уч

КАЗАНСКА ДЪРЖАВНА АРХИТЕКТУРНА И СТРОИТЕЛНА АКАДЕМИЯ Катедра "Физика" Лабораторна работа 53 ИЗУЧАВАНЕ НА ДИФРАКЦИЯТА НА СВЕТЛИНАТА ВЪРХУ ЗОННА ПЛОЧА МЕТОДОЛОГИЧЕСКИ УКАЗАНИЯ ЗА ЛАБОРАТОРНА РАБОТА ПО ФИЗИКА за

Лабораторна работа 3.07 ДИФРАКЦИОННА РЕШЕТКА КАТО СПЕКТРАЛНО УСТРОЙСТВО N.A. Икономов, А.М. Попов. Цел на работата: експериментално определяне на ъгловата дисперсия на дифракционна решетка и изчисляване на нейния максимум

Лабораторни упражнения 3.15. ДИФРАКЦИОННАТА РЕШЕТКА КАТО СПЕКТРАЛНО УСТРОЙСТВО A.I. Бугрова Цел на работата: Експериментално определяне на периода и ъгловата дисперсия на дифракционна решетка като спектрално устройство.

Вариант 1. 1. Монохроматична светлина с дължина на вълната 0,6 μm пада нормално върху диафрагма с отвор 6 mm в диаметър. Колко зони на Френел се побират в отвора, ако екранът е разположен на 3 m зад диафрагмата

РАБОТА 3.0 ДИФРАКЦИЯ НА СВЕТЛИНА Задача 1. Изследвайте дифракцията на светлината в успоредни лъчи върху процеп, като използвате известната дължина на вълната на светлинния източник, определете ширината на процепа и дължината на вълната на неизвестния светлинен източник.

ЛАБОРАТОРНА РАБОТА 46 ОПРЕДЕЛЯНЕ НА ДЪЛЖИНАТА НА ВЪЛНАТА НА СВЕТЛИНАТА С ИЗПОЛЗВАНЕ НА ДИФРАКЦИОННА РЕШЕТКА И ГОНИОМЕТЪР. Цел на работата: определяне на дължината на светлинната вълна на видимата част от спектъра на живачните пари. Теоретична основа

Лабораторна работа 7 Изследване на дифракцията на Фраунхофер в конвергентна вълна Теория Когато плоска светлинна вълна е дифракция върху достатъчно големи обекти (1 mm), се появява дифракционна картина, съгласно /24/

Дифракция на светлинатасе състои в отклоняване на светлинни лъчи от прав път, когато преминават през малки дупки или покрай малък непрозрачен екран.

Дифракция обикновено се наблюдава, ако размерите на отвора или препятствието са от същия порядък като дължината на вълната.

При изчисляване на дифракционните явления те използват специално добре дошли, предложен от Френел, наречен принцип на Хюйгенс-Френел и който е развитие на принципа на Хюйгенс.

Принципът на Хюйгенссе формулира по следния начин: всяка точка от вълновата повърхност на светлинните вълни е източник на вторични вълни. Повърхността на обвивката на вторичните вълни ще бъде новата позиция на повърхността на вълната.

Принципът на Хюйгенс решава проблема с разпространението на вълновия фронт, но не решава проблема с интензитета на вълните, които се движат в различни посоки от източника.

Принципът на Хюйгенс-Френел разглежда интензитета на получената вълна като резултат от интерференцията на вторични вълни, които са кохерентни, защото произхождат от един и същи фронт на вълната.

α 1

α 2

Р

Ориз. 3.5.2.

Интерференцията на вторичните вълни, според Френел, възниква по следния начин: пуснете от точка С разпространява се сферична вълна с радиус Р . Нека изберем елементарни области на тази повърхност д С същия размер. Всички те са кохерентни източници и нормалата към всеки от тях образува различни ъгли ас лъч, отиващ към точка Б пред вълновия фронт.

Ориз. 3.5.3.

За да се опрости изчисляването на интензитета на светлината в точка БФренел предложи метод, наречен метод на зоната на Френел.

Нека разделим целия фронт на вълната на зони, разстоянието от които до точката Б се различава от. Нека ги опишем от гледна точка Б , като от центъра, окръжности с радиуси

.

Ориз. 3.5.4.

Площите на зоните могат да се считат за идентични, а амплитудите на светлинната вълна, пристигаща в точката Б от всяка следваща зона, постепенно намалявайте. Ясно е, че в точката пристигат вълни от две съседни зони Б в противофаза.

Методът на зоната на Френел ни позволява да обясним различни случаидифракция. Нека да разгледаме някои от тях, а именно:

Френелова дифракцияили дифракция в събиращи се лъчи, когато сферичен вълнов фронт пада върху дупка или препятствие, и

Дифракция на Фраунхофер, или дифракция в успоредни лъчи - върху отвора пада фронт на плоска вълна.

Пример за първия тип дифракция (дифракция на Френел) може да бъде дифракция от кръгъл отвор.

Ако четен брой зони на Френел се побират в дупка, тогава вълните пристигат в точката Б от съседни зони взаимно се отменят, а в точката Б Ще има минимално осветление. Ако нечетен брой зони се поберат в дупката, тогава една от зоните ще остане некомпенсирана в точката Б наблюдава се максимален интензитет на светлината. При движение по екрана в различни посоки от точка Б дупката ще изреже четен или нечетен брой френелови зони. Благодарение на това на екрана ще видим дифракционната картина от кръглата дупка под формата на светли и тъмни пръстени.

Пример за втория вид дифракция (дифракция на Фраунхофер) е дифракцията на успоредни лъчи в един процеп. Процепът е дълъг и тесен отвор в непрозрачен екран със строго успоредни ръбове, чиято ширина е значително по-малка от дължината.

Ориз. 3.5.5.

Светлината пада в паралелен лъч, перпендикулярен на процепа, така че всички точки на процепа осцилират в една и съща фаза. Лъчите, дифрактиращи под ъгъл j, ще бъдат събрани от лещата в точката Бекран и пречат.

Когато j = 0 всички вълни ще пристигнат в точката ОТНОСНО в една и съща фаза и ще се подсилват взаимно; На екрана ще се появи светла ивица - централен максимум.

За определяне на резултата от намесата в точка Б за j ¹ 0, ние разделяме открита площвълнова повърхност (широчина на процепа) на редица френелови зони. В този случай те са тесни ленти, успоредни на ръбовете на слота. Нека начертаем през точката А самолет AD , перпендикулярно на снопа от дифракционни лъчи. Оптични пътища на лъчите от AD към основния въпрос Б са еднакви, така че разликата в хода CD екстремни лъчи е равно на:

д = агрях j. (3.5.1)

Зоните на Френел се разделят дза съответния брой парцели. Всяка точка в нечетната зона на Френел съответства на точка в четната зона, чиито колебания достигат до точката Б в противофаза. Следователно, в точката Б , за които четен брой зони на Френел се вписват в ширината на процепа, вълните се компенсират взаимно и на това място ще има тъмна ивица на екрана.

Че., минимално условиеза един слот ще бъде:

, , (3.5.2)

В тези посоки, за които нечетен брой зони пасват по ширината на процепа, ще се наблюдава най-висок интензитет на светлината. Тези., дифракционни максимумисе наблюдават в посоки, определени от условието:

, ,… (3.5.3)

к– ред на дифракционния максимум.

Разпределението на интензитета на светлината по време на дифракция от единичен процеп е показано на фиг. 3.5.5.

Така че, когато процепът е осветен с монохроматична светлина, дифракционната картина е система от максимуми, симетрични спрямо средата на централния максимум с бързо намаляване на интензитета.

Ако процепът е осветен с бяла светлина, централният максимум ще бъде общ за всички дължини на вълната, така че центърът на дифракционната картина е бяла ивица.

Максимумите на други порядки за различни дължини на вълните вече не съвпадат. Поради това максимумите са толкова неясни, че всяко ясно разделяне на дължини на вълните (спектрално разлагане) не може да бъде получено с помощта на един процеп.

Нека разгледаме по-сложна дифракция от два процепа. В точката ОТНОСНОвсе още ще има светла ивица (лъчите от всички процепи идват в една и съща фаза).

В точката Б дифракционната картина от един процеп ще бъде насложена от интерференцията на лъчи, идващи от съответните точки на двата процепа. Минимумите ще бъдат на едни и същи места, защото тези посоки, в които нито един процеп не изпраща светлина, не я получават дори с два процепа.

Ориз. 3.5.6.

В допълнение към тези минимуми се появяват допълнителни минимуми в онези посоки, в които светлината, изпратена от всеки от прорезите, се компенсира взаимно. От фиг. 3.5.6 е ясно, че разликата в пътя на лъчите D, идващи от съответните точки на прорезите, е равна на

. (3.5.4)

Следователно допълнителните минимуми се определят от условието:

; (3.5.5)

Напротив, в посоки къде

, (3.5.6)

се наблюдават максимуми.

От фиг. 3.5.6 се вижда, че между двата основни максимума има един допълнителен минимум.

И така, изследването на дифракцията с двоен прорез показва, че в този случай максимумите стават по-тесни и по-интензивни.

Увеличаването на броя на процепите прави това явление още по-изразено; интензитетът на главните максимуми нараства, а интензитетът на вторичните максимуми намалява.

К= -2

К= -1

К = 0

К = 1

Нарича се система от голям брой успоредни процепи дифракционна решетка.

Ориз. 3.5.7.

Най-простата дифракционна решетка е стъклена плоча, върху която с помощта на разделителна машина са нанесени успоредни линии, непрозрачни за светлина.

Дифракционната картина от монохроматична светлина, преминаваща през дифракционна решетка, се наблюдава във фокалната равнина на лещата и представлява серия от светлинни тесни ленти с намаляващ интензитет, разположени от двете страни на централния максимум к= 0 и разделени от широки тъмни пространства.

Ако решетката се освети с бяла светлина, на различни места на екрана се събират лъчи с различна дължина на вълната. Следователно централният максимум изглежда като бяла ивица, а останалите са цветни ивици, наречени дифракционни максимуми.

Ориз. 3.5.8.

Във всеки спектър цветът варира от виолетов до червен. С увеличаване на реда на спектъра, последният става по-широк, но интензитетът му намалява.

Връзка, определяща положенията на основните максимуми

, (3.5.7)

Където д -константа на решетката, – порядъкът на максимума (спектър), т.нар формула на дифракционна решетка.

Тази формула ви позволява да определите дължината на вълната на светлината от известен период на решетка д , ред на спектъра и експериментален ъгъл й. Следователно, използвайки дифракционна решетка, е възможно да се разложи светлината на нейните съставни части и да се определи съставът на изследваното лъчение (определяне на дължината на вълната и интензитета на всички негови компоненти). Уредите, използвани за това, се наричат ​​дифракционни спектрографи.

Описание на оборудването

Уреди и аксесоари: осветител, дифракционна решетка, екран с милиметрова скала, линийка за измерване.

Ориз. 3.5.9.

За да се определи дължината на вълната на светлината с помощта на дифракционна решетка, решетката се монтира върху специална лента П и празнина; Ударите на решетката и прорезът са разположени успоредно. Процепът е осветен от източник С . Милиметрова линийка е фиксирана перпендикулярно на оста на релсата AB с подвижен показалец. Пролуката се гледа през решетката с окото. Върху линийката се проектира изображение на главните максимуми. На фиг. 8 Л – разстояние от дифракционната решетка до екрана, х – разстоянието между центровете на лентите от един и същи цвят за спектрите от първи и втори ред.

Оперативна процедура

1. Включете осветителя.

2. Поставете екрана на определено разстояние Л от дифракционната решетка.

3. Измерете разстоянието хмежду лентите от даден цвят в спектъра от първи ред х 1 и втори ред х 2 . Направете подобни измервания и изчисления за друг даден цвят.

Обработка на резултатите

За определяне на дължината на вълната l с помощта на формула (3.5.7)

трябва да се има предвид, че тъй като L >> x, Че и тогава

И , (3.5.8)

Където ке редът на спектъра и константата на решетката d = 0,01 мм . Изчислете средната дължина на вълната на всеки цвят от двете стойности, получени от спектрите от първи и втори ред. Сравнете получените резултати със стойностите в таблицата.

Контролни въпроси

1. Какво е дифракция на светлината?

2. Какво представлява методът на Хюйгенс-Френел и какво представляват зоните на Френел?

3. Как възниква дифракцията при събиращи се лъчи?

4. Как се получава дифракция в успоредни лъчи (в един процеп)?

5. Защо нулевият максимум има най-голяма яркост? Защо е бял (когато е осветен с бяла светлина)?

6. Как се получава дифракция в успоредни лъчи при два процепа?

7. Какво е дифракционна решетка и константа на дифракционната решетка?

8. Каква е причината за дисперсията (спектъра) на светлината при използване на дифракционна решетка?

9. Изведете работната формула.

Литература

1. Савелиев И.В.Общ курс по физика. T.2.Текст. наръчник за студенти. – М.: КНОРУС, 2009, 576 с.

2. Трофимова Т.И.Курс по физика. Учебник надбавка за университети 15 изд., стереотип. – М.: Издателски център „Академия”, 2007. – 560 с.

3. Детлаф А.А., Яворски Б.М.Курс по физика. Учебник за колежи. – М: По-високо. шк., 1989. – 608 с.

ЛАБОРАТОРНА РАБОТА№ 3.6

ИЗУЧАВАНЕ НА ПОЛЯРИЗАЦИЯТА НА СВЕТЛИНАТА

Цел на работата:експериментална проверка на закона на Малус.

Теоретични положения

Поляризация на светлината

Както знаете, светлината е електромагнитни вълни. Вектори на електрически и магнитно поле( и ) във всеки момент от времето са взаимно перпендикулярни и лежат в равнина, перпендикулярна на посоката на разпространение на вълната (фиг. 3.6.1).

Ориз. 3.6.1.

Конвенционалните източници на светлина са колекция огромен бройбързо излъчващи, за време от около 10 -7 - 10 -8 секунди, елементарни източници (атоми и молекули), всеки от които излъчва вълни със специфична ориентация на вектори и . Но елементарните източници излъчват светлина напълно независимо един от друг с различни фази и с различна ориентация на векторите и.

Светлинна вълна с различна ориентация и следователно се нарича естествена светлина.

Векторите и във всяка точка на вълната са пропорционални по големина един на друг, така че състоянието на светлинната вълна може да се характеризира със стойността на един от тези вектори, а именно .

Последното е подходящо, тъй като именно векторът определя фотоелектричните, фотографските, визуалните и т.н. ефекти на светлината.

Ориз. 3.6.2.

В естествен лъч векторните трептения произволно променят посоките си, оставайки в равнина, перпендикулярна на лъча (фиг. 3.6.2 А).

Ако някоя посока на трептене е преобладаваща, тогава светлината се нарича частично поляризирана (фиг. 3.6.2 b).

Ако векторните трептения могат да възникнат само в една определена посока в пространството, тогава светлината се нарича равнинно поляризирана (фиг. 3.6.2 V).

Ако в плоско поляризиран лъч векторът осцилира така, че краят му описва кръг, тогава светлината се нарича кръгово поляризирана (фиг. 3.6.2 Ж).

В равнинно поляризиран лъч равнината на векторно трептене се нарича равнина на трептене.

Равнината, минаваща през лъча и вектора, се нарича равнина на поляризация.

Цел на работата: Определете дължината на вълната на светлината с помощта на дифракционна решетка.

Оборудване:

1. Устройство за определяне на дължината на вълната на светлината, състоящо се от линийка, плоча с дифракционна решетка и плъзгач с прорез.

2. Статив.

3. Електрическа лампадо напрежение 42 V в патрона.

Кратка теория

Както е известно, светлината е електромагнитни вълни, които се характеризират с дължината на вълната на светлината. Дифракционната решетка служи за разделяне на светлина с определена дължина на вълната от светлина с различни дължини на вълната или, както се казва, за разлагане на светлината на нейните спектрални компоненти. Основата на работата дифракционна решеткаЯвленията дифракция и интерференция на светлината служат, а вълновата природа на светлината води до възникването на горните две явления.

Дифракцията е отклонението на разпространението на светлината от праволинейно в област, където, ако разпространението на светлината е праволинейно, трябва да има сянка.

Интерференцията е добавяне на светлинни лъчи, което води до образуването на светли и тъмни ивици.

Дифракция.Дифракция възниква, когато светлината преминава през прозрачен материал, който има малки непрозрачни препятствия в него, или през малки дупки в непрозрачен материал.

Има два вида дифракция: дифракция в успоредни лъчи светлина или Дифракция на Фраунхофери дифракция в разминаващ се лъч светлина – Френелова дифракция. В първия случай, за да се наблюдава дифракционната картина, или слънчеви лъчи, които са успоредни, или създават успореден лъч светлина, използвайки най-простия оптична система– изпъкнала леща. Във втория случай се използва точков източник на светлина, например лампа с малък спирален размер.

Схемата за наблюдение на дифракцията на Фраунхофер е показана на фиг. 1.

Фиг. 1. Дифракция на Фраунхофер.

В случай на праволинейно разпространение на светлината, успореден лъч от лъчи, образуван от леща 1, преминаващ през кръгъл отвор в непрозрачен екран 1 и през фокусираща леща 2, би трябвало да се събере в точка. Въпреки това, поради дифракция на екран 2, се получава сложна дифракционна картина, състояща се от редуващи се светли и тъмни пръстени.

Намеса. При намесасветлинни вълни с максимална дължина на вълната укрепвамедин на друг, когато стигнат до точката наблюдения в същата фаза, И отслабвамедин друг, когато идват в противофаза . Същността на явлението интерференция е обяснена на фиг. 2.

Ориз. 2. Смущения от 2 източника.

Точковите източници на светлина B 1 и B 2 са разположени на разстояние t един от друг. трептения електромагнитно полевъзникват в тези точки в една и съща фаза. Интерференция (т.е. добавяне или изваждане на вибрации) се наблюдава в точки A и C на екран, разположен на голямо разстояние L в сравнение с t и l. В оптиката е установено, че за максимално усилване на вълната разликата в пътя (т.е. разликата в разстоянията от източниците до точката на наблюдение) трябва да отговаря на следното условие:

,

и за максимално затихване на вълната:

, Където н– цяло число.

От фиг. 2 можете да определите разликата в хода. Тогава, използвайки предишните равенства, можем да получим, че светлите ивици са разположени на разстояние от точка А, разстоянието между светлите ивици е , а тъмните ивици са разположени между светлите. Очевидно е, че в точка А разликата в пътя е нула и в тази точка се наблюдава добавяне на трептения от светлинни източници B 1 и B 2

Дифракционна решетка. Нарича се поредица от прозрачни процепи, разделени от непрозрачни ивици дифракционна решетка. Дифракционният модел, възникнал в един процеп при използване на дифракционна решетка, става по-сложен, тъй като в допълнение дифракцияна всяка пукнатина също има намесасветлинни вълни от прорези, които могат да се считат за източници на светлина. На екрана се появяват максимуми и минимуми на светлината, като основните максимуми се появяват под ъгъл й, удовлетворяваща съотношението , където е периодът на решетката, равен на сумата от ширините на прореза и лентата. Позицията на 1-вия максимум при се определя от израза

От (1) става ясно, че за дадена дифракционна решетка позицията на първия максимум е различна за различните дължини на вълната: колкото по-голяма е дължината на вълната на светлината, толкова по-голям е ъгълът на отклонение на наблюдавания максимум от посоката на падащия светлинен лъч. .

Работна програма

Схемата на устройството е показана на фиг.3.

Фиг.3. Устройство за определяне на дължината на вълната.

1. Включете електрическата крушка.

2. Гледайки през дифракционната решетка, насочете устройството към електрическата крушка, така че нишката на лампата да се вижда през прореза на плъзгача. На черния фон на двигателя трябва да се виждат дифракционни спектри, състоящи се от ивици от двете страни на нулата различен цвят. Ако ивиците не са успоредни на скалата, това означава, че нишката не е успоредна на решетките на решетката. В този случай трябва леко да завъртите или дифракционната решетка, или електрическата крушка. Осигурете устройството.

3. Определете разстоянието от прореза на плъзгача (нула) до червената ивица вляво на скалата.

4. Определете разстоянието от слота на плъзгача (нула) до червената ивица вдясно на скалата. Запишете тази стойност в таблицата.

5. Определете средното разстояние до червената ивица по формулата:

Запишете тази стойност в таблицата.

6. Определете разстоянието от слота на плъзгача (нула) до лилавата ивица вляво на скалата. Запишете тази стойност в таблицата.

7. Определете разстоянието от слота на плъзгача (нула) до лилавата ивица вдясно на скалата. Запишете тази стойност в таблицата.

8. Определете средното разстояние до лилавата ивица по формулата:

Запишете тази стойност в таблицата.

9. Определете разстоянието от дифракционната решетка до двигателя. Запишете тази стойност в таблицата.