{4.3.1 (5.12)}{Изучение дифракции света}
Описание файла
PDF-файл из архива "{4.3.1 (5.12)}{Изучение дифракции света}", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "физика" из 4 семестр, которые можно найти в файловом архиве МФТИ (ГУ). Не смотря на прямую связь этого архива с МФТИ (ГУ), его также можно найти и в других разделах. .
Просмотр PDF-файла онлайн
Текст из PDF
Ïåðâàÿ ðåäàêöèÿÏëþñíèí Ïàâåë. Ãðóïïà 573Ëàáîðàòîðíàÿ ðàáîòà 4.3.1 (5.12):Èçó÷åíèå äèôðàêöèè ñâåòàÖåëü: èññëåäîâàòü ÿâëåíèÿ äèôðàêöèè Ôðåíåëÿ è Ôðàóíãîôåðà íà ùåëè.Îáîðóäîâàíèå: îïòè÷åñêàÿ ñêàìüÿ, ðòóòíàÿ ëàìïà, ìîíîõðîìàòîð, ùåëè ñ ðåãóëèðóåìîé øèðèíîé, ðàìêà ñ âåðòèêàëüíîé íèòüþ, äâîéíàÿ ùåëü, ìèêðîñêîï íà ïîïåðå÷íûõñàëàçêàõ ñ ìèêðîìåòðè÷åñêèì âèíòîì, çðèòåëüíàÿ òðóáàÒåîðåòè÷åñêîå ââåäåíèå:À.
Äèôðàêöèÿ ÔðåíåëÿÐàñïðåäåëåíèå èíòåíñèâíîñòè ñâåòà â ïëîñêîñòè íàáëþäåíèÿ Ï ïðîùå âñåãî ðàññ÷èòûâàòüñ ïîìîùüþ çîí Ôðåíåëÿ (äëÿ ùåëè èõ èíîãäà íàçûâàþò çîíàìè Øóñòåðà). Ïðè îñâåùåíèèùåëè S2 ïàðàëëåëüíûì ïó÷êîì ëó÷åé (ïëîñêàÿ âîëíà) çîíû Ôðåíåëÿ ïðåäñòàâëÿþò ñîáîéïîëîñêè, ïàðàëëåëüíûå êðàÿì ùåëè (ðèñ. 1).Ðåçóëüòèðóþùàÿ àìïëèòóäà â òî÷êå íàáëþäåíèÿ îïðåäåëÿåòñÿ ñóïåðïîçèöèåé êîëåáàíèé îò òåõ çîí Ôðåíåëÿ, êîòîðûå íåïåðåêðûòû ñòâîðêàìè ùåëè. Ãðàôè÷åñêîå îïðåäåëåíèå ðåçóëüòèðóþùåé àìïëèòóäû ïðîèçâîäèòñÿ ñ ïîìîùüþ âåêòîðíîé äèàãðàììû - ñïèðàëè Êîðíþ.
Ñóììàðíàÿ øèðèíà m çîí Ôðåíåëÿzm îïðåäåëÿåòñÿ ñîîòíîøåíèåì√zm = amλ(1)ãäå a ðàññòîÿíèå îò ùåëè äî ïëîñêîñòè íàáëþäåíèÿ (ðèñ. 1),à λ - äëèíà âîëíû.Ðèñ. 1: Çîíû Ôðåíåëÿ â ïëîñêîñòèùåëèÂèä íàáëþäàåìîé äèôðàêöèîííîé êàðòèíû îïðåäåëÿåòñÿ ÷èñëîì Ôðåíåëÿ:(2)DΦ2 = √aλÎáðàòíàÿ âåëè÷èíà íàçûâàåòñÿ âîëíîâûì ïàðàìåòðîì√1aλp= 2 =ΦD(3)Á. Äèôðàêöèÿ Ôðàóíãîôåðà íà ùåëèD√aλ∆ = r2 − r1 ≈ D sin Θ ≈ D · Θ1(4)Ëàáîðàòîðíûé ïðàêòèêóì ïî ôèçèêåÏåðâàÿ ðåäàêöèÿÐèñ. 2: Ê ôàçîâûì ñîîòíîøåíèÿì ïðè äèôðàêöèèÔðàóíãîôåðàÄëÿ ìàëûõ óãëîâÏëþñíèí Ïàâåë. Ãðóïïà 573Ðèñ.
3: Ê ôàçîâûì ñîîòíîøåíèÿì ïðè äèôðàêöèèÔðàóíãîôåðàÐàññòîÿíèå Xm òåìíîé ïîëîñûÄèôðàêöèîííàÿ êàðòèíà íàáëþäàåòñÿ çäåñü âôîêàëüíîé ïëîñêîñòè O2 .Êàæäîìó çíà÷åíèþ óãëàΘ ñîîòâåòñòâóåò â ýòîéïëîñêîñòè òî÷êà, îòñòàþùàÿ íà îïòè÷åñêîé îñè íàðàññòîÿíèèX = f2 tan Θ ≈ f2 Θ (5)mλ = D · Θm(6)λD(7)Xm = f2 mÂ. Äèôðàêöèÿ Ôðàóíãîôåðà íà äâóõ ùåëÿõÓãëîâàÿ êîîðäèíàòà θm èíòåðôåðåíöèîííîãî ìàêñèìóìà m-ïîðÿäêà îïðåäåëÿåòñÿ ñîîòíîøåíèåìd · θm = mλ(8)Ëèíåéíîå ðàññòîÿíèå ìåæäó ñîñåäíèìè èíòåðôåðåíöèîííûìè ïîëîñàìè â ïëîñêîñòè Ïðàâíîλ∆x = f2(9)d×èñëî èíòåðôåðåíöèîííûõ ïîëîñ, óêëàäûâàþùèõñÿ â îáëàñòè öåíòðàëüíîãî äèôðàêöèîííîãî ìàêñèìóìà:2λf2 12dn==(10)D δxDÏåðâîå ðàçìûòèå èíòåðôåðåíöèîííûõ ïîëîñ âîçíèêàåò ïðè óñëîâèèbλ=f1d2(11)Ëàáîðàòîðíûé ïðàêòèêóì ïî ôèçèêåÏåðâàÿ ðåäàêöèÿÏëþñíèí Ïàâåë.
Ãðóïïà 573Ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ óñòàíîâêà:Ðèñ. 4: Ñõåìà óñòàíîâêè äëÿ íàáëþäåíèÿ äèôðàêöèè ÔðåíåëÿÐèñ. 5: Ñõåìà óñòàíîâêè äëÿ íàáëþäåíèÿ äèôðàêöèè Ôðàóíãîôåðà íà ùåëèÐèñ. 6: Ê ôàçîâûì ñîîòíîøåíèÿì ïðè äèôðàêöèè ÔðàóíãîôåðàÕîä ðàáîòû:1. Ïîëãîòîâèì ïðèáîðû ê èçìåðåíèÿì.À. Äèôðàêöèÿ Ôðåíåëÿ2. Ïîñòåïåííî îòîäâèãàÿ ìèêðîñêîï îò ùåëè S2 , çàìåòèì ïîëîæåíèå ìèêðîñêîïà, ïðèêîòîðîì íà ôîíå ùåëè âèäíà îäíà òåìíàÿ ïîëîñà. Ïðèáëèæàÿ ìèêðîñêîï ê ùåëè,ñíèìåì çàâèñèìîñòü êîîðäèíàòû ìèêðîñêîïà îò ÷èñëà íàáëþäàåìûõ òåìíûõ ïîëîñ.Ðåçóëüòàòû èçìåðåíèé çàíåñåì â òàáëèöó.3Ëàáîðàòîðíûé ïðàêòèêóì ïî ôèçèêåÏåðâàÿ ðåäàêöèÿÏëþñíèí Ïàâåë. Ãðóïïà 5733.
Èçìåðèì øèðèíó D ùåëèìèêðîñêîïè÷åñêèé âèíò.S2, èñïîëüçóÿD = (211 ± 10)mkm4. Ñðàâíèì ðàçìåð çîí Ôðåíåëÿ ñ øèðèíîéD. Äëÿ ýòîãî ïîñòðîèì ãðàôèê çàâèñèìîñòè2zm = f (m). Ïðè ðàñ÷åòà èñïîëüçîâàëàñüÐèñ. 7: Çàâèñèìîñòü êîîðäèíàòû ìèêðî- äëèíà âîëíû çåëåíîé ëèíèè ðòóòèñêîïà îò ÷èñëà íàáëþäàåìûõ òåìíûõ ïî- λ = 546.1 ìêìëîñÁ. Äèôðàêöèÿ Ôðàóíãîôåðà íà ùåëè5. Ïðîâåäåì ïåðâîíà÷àëüíóþ íàñòðîéêó ïðèáîðîâ äëÿ íàáëþäåíèÿ äèôðàêöèè Ôðàóíãîôåðà íà ùåëè6. Ïåðåìåùàÿ ìèêðîñêîï, ñíèìåì çíà÷åíèÿ êîîðäèíàòû Xm íåñêîëüêèõ äèôðàêöèîííûõ ìèíèìóìîâ, ðåçóëüòàòû èçìåðåíèé çàíåñåì â òàáëèöó.D = 270ìêì, F2 = 15, 5ñì, λ = 546, 1íì7. Ïîñòðîèì ãðàôèê çàâèñèìîñòè êîîðäèíàòû ìèêðîñêîïà îò íîìåðà äèôðàêöèîííîãîìèíèìóìà.tan α = (31.7 ± 0.1)µmf λ8.
Èç ôîðìóëû D = tanα = 267µm2D = (267 ± 1)µm, Dmeas = 270µmÂ. Äèôðàêöèÿ Ôðàóíãîôåðà íà äâóõ ùåëÿõ9. Îïðåäåëèì êîîðäèíàòû ñàìûõ óäàë¼ííûõ äðóã îò äðóãà ò¼ìíûõ ïîëîñ âíóòðè öåíòðàëüíîãî ìàêñèìóìà è ïðîñ÷èòàåì ÷èñëî ñâåòëûõ ïðîìåæóòêîâ ìåæäó íèìè.x1 = −9.8 äåë = −196ìêìx2 = 9.0 äåë = 180ìêìn = 6 ïîëîñìêì, F1 = 10ñì, F2 = 12.5ñì= 62.7 ± 0.4 ìêìD = 324δx =x2 −x1nìì10. Ðàññ÷èòàéòå ÷èñëî ïîëîñ âíóòðè ãëàâíîãî ìàêñèìóìà ïî ôîðìóëå (10) è ñðàâíèì ñýêñïåðèìåíòàëüíûì.d=f2 λδx= 1.09 ± 0.01ntheory =2dD= 6.734Ëàáîðàòîðíûé ïðàêòèêóì ïî ôèçèêåÏåðâàÿ ðåäàêöèÿÏëþñíèí Ïàâåë.
Ãðóïïà 573Ðèñ. 8: Çíà÷åíèÿ êîîðäèíàòû íåñêîëüêèõ äèôðàêöèîííûõ ìèíèìóìîâ11. Ðàññ÷èòàåì øèðèíó ùåëè b0 = fdλ = 52.6ìêì, ïðè êîòîðîé èñ÷åçàþò èíòåðôåðåíöèîííûé ïîëîñû.b0 = 57.4ìêìÌû èçó÷èëè ÿâëåíèÿ äèôðàêöèè Ôðåíåëÿ è Ôðàóíãîôåðà íà ïðèìåðå òðåõóñòàíîâîê.Íà ïåðâîé óñòàíîâêå ìû ýêñïåðèìåíòàëüíî îïðåäåëèëè ðàçìåðû çîí Ôðåíåëÿ è åå çàâèñèìîñòü îò åå íîìåðà. Òàêæå, ìû óâèäåëè, ÷òî ïðè ðàñøèðåíèè ùåëè S2 , êîëè÷åñòâîðèñîê óìåíüøàëîñü.Íà âòîðîé óñòàíîâêå èçó÷àëàñü äèôðàêöèÿ Ôðàóíãîôåðà íà ùåëè.
Ýêñïåðèìåíòàëüíîáûëà íàéäåíà øèðèíà ùåëè S2 D = (267±1)µm, íåçíà÷èòåëüíî îòëè÷àþùàÿñÿ îò íåïîñðåäñòâåííûõ èçìåðåíèé - (270 ± 1)µm. Òàêæå áûëî îòìå÷åíî, ÷òî ïðè óìåíüøåíèè øèðèíûùåëè S2 ìàñøòàá äèôðàêöèîííîé êàðòèíû óâåëè÷èâàåòñÿ.Íà òðåòüåé óñòàíîâêå íàáëþäàëàñü äèôðàêöèÿ Ôðàóíãîôåðà íà äâóõ ùåëÿõ. Ìû ñðàâíèëè ðàññ÷èòàííîå êîëè÷åñòâî ïîëîñ âíóòðè ãëàâíîãî ìàêñèìóìà 6.73 ñ ðåàëüíî íàáëþäàåìûì 6; ñðàâíèëè øèðèíó ùåëè S b0 = 52.6ìêì - ýêñïåðèìåíòàëüíî ïîëó÷åííóþ, ñ1expÂûâîä:5Ëàáîðàòîðíûé ïðàêòèêóì ïî ôèçèêåÏåðâàÿ ðåäàêöèÿÏëþñíèí Ïàâåë. Ãðóïïà 573íåïîñðåäñòâåííûì èçìåðåíèåì 57.4ìêì; îïðåäåëèëè ðàññòîÿíèå ìåæäó ùåëÿìè, ðàâíîåìì.(1.09 ± 0.01)6Ëàáîðàòîðíûé ïðàêòèêóì ïî ôèçèêå.
