![](/user_photo/2706_HbeT2.jpg)
- •Физика.
- •Содержание
- •Измерения показателя преломления воздуха с помощью интерферометра
- •Краткая теория
- •Методика проведения измерений и описание экспериментальной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Определение длины световой волны при помощи дифракционной решетки
- •Краткая теория
- •Описание экспериментальной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Изучение явления поляризации света
- •Краткая теория
- •Методика проведения измерений и описание экспериментальной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Определение концентрации раствора сахара круговым поляриметром
- •Краткая теория
- •Методика проведения измерений и описание экспериментальной установки
- •Порядок выполнения работы и обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Изучение законов внешнего фотоэлектрического эффекта
- •Краткая теория
- •Устройство экспериментальной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Определение постоянной Стефана – Больцмана
- •Краткая теория
- •Методика измерений
- •Экспериментальная установка
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Изучение спектра водорода и определение постоянной Ридберга
- •Краткая теория
- •Методика проведения измерений и описание экспериментальной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Изучение треков заряженных частиц
- •Краткая теория
- •Порядок выполнения работы и обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Проверка закона сохранения импульса и энергии при столкновении элементарных частиц
- •Краткая теория
- •Методика проведения измерений и описание экспериментальной установки
- •Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Изучение физических основ работы полупроводникового диода
- •Краткая теория
- •Методика проведения измерений и описание экспериментальной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Изучение температурной зависимости сопротивления полупроводников
- •Краткая теория
- •Порядок выполнения работы и обработка экспериментальных данных
- •Контрольные вопросы
Определение длины световой волны при помощи дифракционной решетки
определить длину световой волны при помощи дифракционной решетки
лабораторная установка с дифракционной решеткой, источник света
Краткая теория
Дифракцией называется совокупность явлений, наблюдаемых при распространении света в среде с резкими неоднородностями (например, вблизи границ непрозрачных или прозрачных тел, сквозь малые отверстия и т.п.) и связанных с отклонениями от законов геометрической оптики. Дифракция, в частности, приводит к огибанию волнами препятствий, соизмеримых с длиной волны, и проникновению света в область геометрической тени.
Между интерференцией и дифракцией нет существенного физического различия. Оба явления заключаются в перераспределении светового потока в результате суперпозиции волн. Перераспределение интенсивности, возникающее в результате суперпозиции волн, возбуждаемых конечным числом дискретных когерентных источников, принято называть интерференцией волн. Перераспределение интенсивности, возникающее в результате суперпозиции волн, возбуждаемых когерентными источниками, расположенными непрерывно, принято называть дифракцией света.
Различают два вида дифракции. Если источник света S и точка наблюдения Р расположены от препятствия настолько далеко, что лучи, падающие на препятствие, и лучи, идущие в точку Р, образуют практически параллельные пучки, говорят о дифракции в параллельных лучах или о дифракции Фраунгофера. В противном случае говорят о дифракции Френеля.
Проникновение световых волн в область геометрической тени может быть объяснено с помощью принципа Гюйгенса, согласно которому каждая точка, до которой доходит волновое движение, служит центром вторичных волн (в изотропной и однородной среде они будут сферическими). Огибающая этих волн дает положение фронта волны в следующий момент времени.
Однако этот принцип не дает сведений об амплитуде, а, следовательно, и об интенсивности волн, распространяющихся в различных направлениях. Френель дополнил принцип Гюйгенса представлением интерференции вторичных волн. Учет амплитуд и фаз вторичных волн позволяет найти амплитуду результирующей волны в любой точке пространства. Развитый таким способом принцип Гюйгенса получил название принципа Гюйгенса – Френеля.
Согласно
принципу Гюйгенса – Френеля каждый
элемент волновой поверхности служит
источником вторичной сферической волны,
амплитуда которой пропорциональна
величине элемента dS.
Амплитуда сферической волны убывает с
расстояниемrот источника
по закону.
Следовательно, от каждого участкаdSволновой поверхности в точкуР,
лежащую перед этой поверхностью, приходит
колебание
где – фаза колебаний в месте расположения
волновой поверхностиS,
k– волновое число,
а0– определяется амплитудой светового колебания в том месте, где находитсяdS.
Коэффициент
пропорциональности Кзависит от
угламежду нормальюnк
площадкеdSи направлением
отdSк точкеР. При
этот коэффициент максимален, при
он обращается в нуль.
Результирующее колебание в точке Рпредставляет собой суперпозицию колебаний, взятых для всей волновой поверхностиS:
.
Эта формула является аналитическим выражением принципа Гюйгенса – Френеля.
Для наблюдения дифракционной картины в данной работе используется дифракционная решетка – совокупность большого числа одинаковых, отстоящих друг от друга на одно и то же расстояние щелей. Дифракционная решетка имеет две характеристики, которые связаны между собой следующим соотношением:
,
где N– число штрихов на 1мм,
С– постоянная (период) решетки.
Постоянная решетки равна сумме ширины прозрачного промежутка аи непрозрачного штриха в:С=а+в.
Выясним характер
дифракционной картины, получающейся
на экране при нормальном падении на
решетку плоской световой волны (рис.
22.1). Из рисунка 22.1 видно, что разность
хода от соседних щелей (отрезок А1К),
где
– угол отклонения луча от первоначального
направления. Следовательно, в точках,
в которых выполняется условие
,
колебания взаимно усиливают
друг друга, если m–
четное, и ослабляют, еслиm– нечетное (– длина волны падающего излучения).
Р
Рис.
22.1 – Схема дифракции световых волн,
представляет собой суммуNколебаний с одинаковой амплитудой
,
сдвинутых друг относительно друга по
фазе на одну и ту же величину
.
Интенсивность при этих условиях равна
Из рисунка 22.1
видно, что разность хода от соседних
щелей равна
.
Следовательно, разность фаз
,
где длина волны в данной среде.
Окончательное выражение для интенсивности имеет:
.
Первый множитель обращается в нуль в точках, для которых
(22.1)
В этих точках интенсивность, создаваемая каждой из щелей в отдельности, равна нулю. Это условие определяет положение минимумов интенсивности.
Второй множитель
принимает значение
в точках, удовлетворяющих условию
(22.2)
Это условие определяет положение максимумов интенсивности, называемых главными. Числоmдает порядок главного максимума. Максимум нулевого порядка только один, остальных по два.
Кроме минимумов, определяемых условием (22.1), в промежутках между соседними главными максимумами имеется по (N–1) добавочных минимума. Эти минимумы возникают в том направлении, для которых колебания от соседних щелей погашают друг друга. Направлениядобавочных минимумов определяется условием:
,
Рис. 22.2 – Схема
экспериментальной установки
т.е.
принимает все целочисленные значения,
кроме 0,N, 2N,…
т.к. при этих значениях это условие
переходит в условие (22.2).
Из условия, определяющего положение главных максимумов (22.2), следует, что
.
(22.3)
Эта формула лежит в основе способа определения длины волны в данной работе.