Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Обработка результатов измерений

1. Из формулы (21.5) получите выражение для n ₁.

2. Вычислите значения n ₁ (здесь λ= 5,5∙10^-7 см, n ₂ = 1,00292). Результаты занесите в таблицу.

Таблица – Результаты измерений

N п/п	P, Па	N ₀	N ₁	n ₁

3. Постройте график зависимости показателя преломления от давления.

4. Полученный результат проанализируйте и запишите в общем выводе к работе.

Контрольные вопросы

1. Что такое интерференция? Что называют интерференционной картиной?

2. Почему не наблюдается интерференция от естественных источников света?

3. Какие волны называются когерентными?

4. Какими способами получают когерентные волны? Как получаются когерентные волны в данном эксперименте?

5. Объясните возникновение интерференционной картины от двух щелей.

6. Геометрическая и оптическая разности хода лучей.

7. Что такое абсолютный (относительный) показатель преломления среды?

8. В чем заключается физический смысл относительного показателя преломления?

9. Условия интерференционных максимума и минимума.

10. Почему смещение интерференционной картины можно использовать для определения ?

11. Почему нулевая полоса не имеет окраски, а остальные обрамлены радужной каемкой?

12. Объясните принципиальную схему интерферометра.

13. Для каких целей служат кюветы, компенсационная пластинка?

14. Каковы максимальная и минимальная ошибки в определении разности показателей преломления? От каких параметров зависит эта величина?

15. Для каких целей в промышленности служит интерферометр?

16. Что означает фраза: «во время измерений кюветы должны термостатироваться»?

17. Изменяется ли частота колебаний (длина, скорость) волны при переходе из одной среды в другую с различными показателями преломления (при доказательстве используйте формулы зависимости для этих величин)?

18. Кто и каким способом впервые наблюдал интерференцию?

Лабораторная работа №22: Определение длины световой волны при помощи дифракционной решетки

Цель работы: определить длину световой волны при помощи дифракционной решетки

Оборудование: 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 расстоянием r от источника по закону . Следовательно, от каждого участка dS волновой поверхности в точку Р, лежащую перед этой поверхностью, приходит колебание

где – фаза колебаний в месте расположения волновой поверхности S,

k – волновое число,

а ₀ – определяется амплитудой светового колебания в том месте, где находится dS.

Коэффициент пропорциональности К зависит от угла между нормалью n к площадке dS и направлением от dS к точке Р. При этот коэффициент максимален, при он обращается в нуль.

Результирующее колебание в точке Р представляет собой суперпозицию колебаний, взятых для всей волновой поверхности S:

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 1 мм,

С – постоянная (период) решетки.

Постоянная решетки равна сумме ширины прозрачного промежутка а и 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, если m – нечетное (– длина волны падающего излучения).

Результирующее колебание в точке Р дифракционной картины, положение которой определяется углом , представляет собой сумму N колебаний 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. Число m дает 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. Направления добавочных минимумов определяется условием:

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.

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒