Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
«Изучение дифракции Френеля и Фраунгофера»
Лабораторная работа О-24
Цель работы – изучение явления дифракции по Френелю и Фраунгоферу
Теоретическая часть
Дифракция – явление сложного перераспределения интенсивности света. Она обусловлена волновой природой света. Дифракция имеет место всегда, когда нарушается фа зовая или амплитудная однородность волновой поверхности. Принцип Гюйгенса – Френеля: точки волнового фронта рассматриваются как центры вторичных возмущений, а волновой фронт в любой поздний момент времени является огибающей этих волн, а вторичные волны интерферируют между собой. Дифракция на круглом отверстии выясняется с помощью метода зон Френеля. Такие зоны примерно равновелики по площади, а угол между нормалью к элементам зоны и направлением точки наблюдения растет с номером зоны m , то амплитуда Аm колебания, возбуждаемого m-ой зоной в точке наблюдения, монотонно убывает с ростом m. Подберем расстояние b от отверстия до экрана таким образом, чтобы в отверстии укладывалось целое число m зон Френеля, а фазы колебаний возбужденные соседними зонами Френеля , отличаются на
Приблизительно
Для малых m амплитуда Аm мало отличается от А1 и, следовательно, для четных m результирующая амплитуда в центре экрана Ар 0, а в случае нечетных m Ар А1.
Рассмотрим теперь дифракцию от диска, помещенного между точечным источником света О и экраном Э. Пусть расстояние b от диска до экрана таково, что диск закрывает m зон Френеля. Тогда Если m невелико, то Аm+1 мало отличается от амплитуды центральной зоны А1, и в точке Р интенсивность будет как без преграды. В этом случае в центре будет белое пятно – пятно Пуассона. При дифракции Френеля получается дифракционное изображение препятствия.
Дифракция в параллельных лучах называется дифракцией Фраунгофера. В этом случае дифракционная картина представляет собой дифракционное изображение источника света.
Радиус m-ой зоны
где d – диаметр препятствия.
Число зон вырезанных отверстием из поверхности волнового фронта:
Экспериментальная часть
Источник света: гелий-неоновый лазер.
Для этого нужно воспользоваться теорией дифракции от диска.
Попадание в область луча большого числа N мелких частиц усиливает по интенсивности дифракционную картину от каждой частицы в N раз.
Соотношения, связывающие угол дифракции с диаметром d частицы–диска и длиной волны падающего света λ, имеют вид:
для темных (нечетных) колец:
для светлых (четных) колец:
(нумерация колец начинается с первого темного кольца).
Угол дифракции связан с диаметром i-го темного или светлого кольца Di и расстоянием между кюветой и экраном очевидным соотношением
Ход работы.
1) Установить камеру с частичками на оптическую скамью на достаточном удалении от экрана (30-40 см).
2) Включить лазер и, перемещая камеру по вертикали, добиться наиболее четкой дифракционной картины на экране.
3) Измерить расстояние b от камеры до экрана. Длину световой волны λ принять равной 632,8 нм.
4) Измерить диаметры Di темных и светлых колец, начиная с первого темного кольца. За диаметр кольца принять размер его средней линии.
|
b, м |
i |
Di, м |
di, м |
Еi = di/di |
(di - <d>)2, м |
|
1 |
0,016 |
31,85 |
0,63 |
0,05 |
|
|
2 |
0,023 |
29,78 |
0,43 |
3,41 |
|
|
0,33 |
3 |
0,03 |
30,91 |
0,33 |
0,52 |
|
4 |
0,036 |
31,09 |
0,28 |
0,29 |
|
|
5 |
0,041 |
33,00 |
0,24 |
1,9 |
|
|
1 |
0,024 |
29,72 |
0,42 |
3,63 |
|
|
2 |
0,033 |
29,06 |
0,3 |
6,6 |
|
|
0,46 |
3 |
0,041 |
31,66 |
0,24 |
0 |
|
4 |
0,049 |
31,98 |
0,2 |
0,12 |
|
|
5 |
0,057 |
33,24 |
0,18 |
2,59 |
|
|
1 |
0,029 |
30,14 |
0,34 |
2,22 |
|
|
2 |
0,038 |
30,92 |
0,26 |
0,51 |
|
|
0,56 |
3 |
0,047 |
33,84 |
0,21 |
4,88 |
|
4 |
0,058 |
33,10 |
0,17 |
2,17 |
|
|
5 |
0,068 |
34,13 |
0,15 |
6,27 |
<d> = 31.63*103 нМ
Е = 0,29
D = 0.88*103 нМ
Ход работы
1) Установить дифракционную решетку между выходным окном лазера и экраном.
2) Включить лазер, получить 3-4 главных максимума.
3) Измерить расстояние L от дифракционной решетки до экрана.
4) Измерить расстояния xm между центральным максимумом и максимумами 1-го, 2-го, 3-го, 4-го порядков. Длину световой волны λ принять равной 632,8 нм.
|
i |
L, м |
m |
Xm, м |
di, м |
Еi = di/di |
di - <d> |
(di - <d>)2, м |
|
1 |
0,014 |
91*10-6 |
0,35 |
99 |
9938 |
||
|
1 |
0,2 |
2 |
0,028 |
91*10-6 |
0,18 |
165 |
27467 |
|
3 |
0,043 |
90*10-6 |
0,11 |
69 |
4776 |
||
|
1 |
0,021 |
89*10-6 |
0,23 |
99 |
9938 |
||
|
2 |
0,3 |
2 |
0,043 |
88*10-6 |
0,11 |
-42 |
1799 |
|
3 |
0,066 |
91*10-6 |
0,07 |
-126 |
16124 |
||
|
1 |
0,028 |
88*10-6 |
0,17 |
99 |
9938 |
||
|
3 |
0,4 |
2 |
0,058 |
87*10-6 |
0,08 |
-142 |
20412 |
|
3 |
0,089 |
89*10-6 |
0,15 |
-221 |
49127 |
Е = 0,16
<d> = 89*10-6 м
D = 0.83
Контрольные вопросы.
1. Дифракция – явление сложного перераспределения интенсивности света.
2. страница 1
3. При дифракции Френеля получается дифракционное изображение препятствия.
Дифракция в параллельных лучах называется дифракцией Фраунгофера. В этом случае дифракционная картина представляет собой дифракционное изображение источника света.
4.Да, для четных m
5.Если m невелико, то Аm+1 мало отличается от А1, интенсивность почти такая же как и без преграды.
6.Поставить анализатор