Лабораторная работа №10 (часть 2)


НазваниеЛабораторная работа №10 (часть 2)
страница9/11
Дата публикации03.07.2013
Размер1.15 Mb.
ТипЛабораторная работа
userdocs.ru > Физика > Лабораторная работа
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11

Вариант 10.

Плоская световая волна падает нормально на непрозрачную плоскую преграду, в которой имеется щель ширины d = 2,4 мм. За преградой расположен экран. Волновые поверхности, преграда и экран параллельны друг другу. Расстояние между преградой и экраном L = 10 м. Длина волны  = 500 нм. Показатель преломления среды практически равен 1. Условия когерентности соблюдены. Определить:

1) ширину центрального дифракционного максимума;

2) расстояние между серединами 1-го и 2-го дифракционных максимумов.
Вариант 11.

Найти число m зон Френеля, которые закрывает шарик радиуса R = 4 мм для точки, находящейся на расстоянии L = 10 м от центра шарика, в случае, если волна, падающая на шарик, плоская, а ее длина 1) 1 = 400 нм, 2) 2 = 700 нм.
Вариант 12.

На длинную иглу толщиной d = 2 мм падает нормально параллельный пучок монохроматического света с длиной волны  = 400 нм. 1) Найти ширину изображения (тени) иглы на экране, удаленном от щели на L = 10 м, и число зон m, закрываемых иглой для точки экрана P, расположенной против середины иглы. 2) Каким будет центр дифракционной картины на экране: светлым или темным?
Теперь можно перейти ко второй части лабораторной работы.

Лабораторная работа № 17 (часть 2).

Зоны Френеля
3. Краткая теория
bm174 bm175
Для объяснения основных законов распространения света вблизи препятствий (отверстия, щели, непрозрачные диски) Френель дополнил принцип Гюйгенса постулатом об интерференции вторичных волн, приходящих в точку наблюдения от разных участков первоначального волнового фронта, не закрытых непрозрачным и экранами. Этот новый постулат получил название принципа Гюйгенса-Френеля.

На основе принципа Гюйгенса-Френеля можно решить целый ряд дифракционных задач и рассчитать дифракционные картины от различных препятствий. Одной из простых задач является дифракция на круглых отверстиях или круглых дисках. Если точечный источник света и точка наблюдения находятся на оси системы, то волновой фронт удобно разбивать на кольцевые зоны Френеля. Радиусы зон Френеля в плоскости экрана определяются выражением
bm176,

где ^ L - расстояние от экрана до плоскости наблюдения, - длина волны света.

Расчеты показывают, что площади зон Френеля одинаковы. Поэтому амплитуды колебаний вторичных волн в точке наблюдения от каждой зоны одинаковы. Но колебания в точке Р, возбуждаемые соседними зонами, сдвинуты по фазе на .

Поэтому при увеличении размеров отверстия интенсивность света в центре дифракционной картины будет обращаться в ноль, если на отверстии укладывается четное число зон, и достигать максимума, когда число зон нечетное.

Если перекрыть непрозрачным экраном зоны Френеля через одну, то можно получить значительное усиление интенсивности колебаний в точке Р, так как колебания только от четных (или только от нечетных) зон происходят в одной фазе. Такие устройства называют зонными пластинками Френеля. Они действуют подобно линзе.

При дифракции света на круглом диске в центре дифракционной картины наблюдается светлое пятно (пятно Пуассона). Этот результат также может быть получен из теории зон Френеля.

Общий вид дифракционной картины при дифракции света на препятствиях круглой формы достаточно сложен. Он может быть найден для каждого положения точки наблюдения путем сложения колебаний от вторичных источников. Определение результатов интерференции вторичных волн является сложной математической задачей. Эта задача может быть решена с помощью компьютерного моделирования.
^ 4. Исследование зон Френеля
Компьютерная модель, которая используется в работе, соответствует установке с зонными пластинками Френеля.
Контрольное задание 2
Теперь вы должны выполнить указанный преподавателем вариант следующего задания. Полученные результаты необходимо занести в лабораторную тетрадь.
Вариант 1.

Интенсивность, создаваемая на экране некоторой монохроматической плоской волной с  = 400 нм в отсутствие преград, равна I0. Какова будет интенсивность I в центре дифракционной картины, если на на пути волны поставить преграду с круглым отверстием, открывающим:

1) 1-ю зону Френеля;

2) 1-ю и 2-ю зоны Френеля;

3) 1-ю, 2-ю и 3-ю зоны Френеля?
Вариант 2.

Плоская световая волна  = 500 нм с интенсивностью I0 падает нормально на круглое отверстие. Найти интенсивность в центре дифракционной картины, если известно, что отверстие открывает 1-ю и 2-ю зоны Френеля.
Вариант 3.

Плоская монохроматическая световая волна ( = 600 нм) с интенсивностью I0 падает нормально на непрозрачный экран с круглым отверстием. Какова интенсивность света I за экраном в точке, находящейся в центре дифракционной картины, для которой отверстие:

1) равно 1-й зоне Френеля;

2) равно 1-й, 2-й и 3-ей зонам Френеля?
Вариант 4.

Монохроматическая плоская световая волна ( = 450 нм) с интенсивностью I0 падает нормально на непрозрачный диск, закрывающий для точки, находящейся на расположенном за диском экране в центре дифракционной картины, с 1-й по 6-ю зоны Френеля. Какова интенсивность света I в этой точке:

1) если в диске вырезать концентрические кольца, открывающие 2-ю, 4-ю и 6-ю зоны Френеля;

2) если в диске вырезать концентрические кольца, открывающие 3-ю и 5-ю зоны Френеля;

3) если в середине диска вырезать диск, открывающий 1-ю и 2-ю зоны Френеля?
Вариант 5.

Интенсивность, создаваемая на экране некоторой монохроматической плоской волной с  = 550 нм в отсутствие преград, равна I0. Какова будет интенсивность I в центре дифракционной картины, если на пути волны поставить преграду с кольцевым отверстием, открывающим:

1) 2-ю зону Френеля;

2) 2-ю и 3-ю зоны Френеля;

3) 2-ю, 3-ю и 4-ю зоны Френеля?
Вариант 6.

Интенсивность, создаваемая на экране некоторой монохроматической плоской волной с = 650 нм в отсутствие преград, равна I0. Какова будет интенсивность I в центре дифракционной картины, если на на пути волны поставить преграду с кольцевыми отверстиями, открывающими:

1) 2-ю, 4-ю зоны Френеля;

2) 2-ю и 4-ю и 6-ю зоны Френеля?
Вариант 7.

Монохроматическая плоская световая волна ( = 700 нм) с интенсивностью I0 падает нормально на непрозрачный диск, закрывающий для точки, находящейся на расположенном за диском экране в центре дифракционной картины, с 1-й по 6-ю зоны Френеля. Какова интенсивность света I в этой точке:

1) если в диске вырезать концентрическое кольцо, открывающее 2-ю и 3-ю зоны Френеля;

2) если в диске вырезать концентрические кольца, открывающие 2-ю и 4-ю зоны Френеля;

3) если в середине диска вырезать диск, открывающий 1-ю зону Френеля?
Вариант 8.

Во сколько раз интенсивность света I в фокусе зонной пластинки Френеля с открытыми 1-й, 3-й и 5-й зонами превышает интенсивность I0 падающего света?
Вариант 9.

Имеется круглое отверстие в непрозрачной преграде, на которую падает плоская световая волна ( = 750 нм) с интенсивностью I0. За отверстием расположен экран. Какова интенсивность I в центре наблюдаемой на экране дифракционной картины, если круглое отверстие открывает:

1) 1-ю зону Френеля;

2) 1-ю и 2-ю зоны Френеля;

3) 1-ю, 2-ю и 3-ю зоны Френеля?
Вариант 10.

Какова интенсивность света I в фокусе зональной пластинки, если закрыты все зоны, кроме 1) 1-ой; 2) 2-ой: 3) 3-ей; 4) 4-ой: 5) 5-ой; 6) 6-ой? Измерения провести для 1 = 380 нм и 2 = 760 нм. Интенсивность света без пластинки I0.

Вариант 11.

Какова интенсивность света I в центре дифракционной картины от круглого экрана, если он закрывает: 1) 1-ю зону; 2) 1-ю и 2-ю зоны: 3) с 1-ой по 3-ю зоны; 4) с 1-ой по 4-ю зоны: 5) с 1-ой по 5-ю зоны; 6) с 1-ой по 6-ю зоны? Измерения провести для 1 = 450 нм и 2 = 550 нм. Интенсивность света в отсутствие экрана равна I0.
Вариант 12.

Монохроматическая плоская световая волна ( = 530 нм) с интенсивностью I0 падает нормально на непрозрачный диск, закрывающий для точки, находящейся на расположенном за диском экране в центре дифракционной картины, с 1-й по 6-ю зоны Френеля. Какова интенсивность света I в этой точке:

1) если в диске вырезать концентрические кольца, открывающие 2-ю, 4-ю и 6-ю зоны Френеля;

2) если в диске вырезать концентрические кольца, открывающие 3-ю и 5-ю зоны Френеля;

3) если в середине диска вырезать диск, открывающий 1-ю и 2-ю зоны Френеля?
Теперь можно перейти к третьей части лабораторной работы.
Лабораторная работа № 17 (часть 3).

Дифракционная решетка
^ 5. Краткая теория
bm177
Простейшая дифракционная решетка представляет собой систему узких параллельных щелей, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга.

Если на решетку нормально падает монохроматический пучок света, то после решетки свет распространяется по нескольким направлениям. Если за решеткой поставить собирающую линзу, то в ее фокальной плоскости будут наблюдаться дифракционные максимумы различных порядков. Эти максимумы называются главными. Пучки света, образующие главные максимумы, распространяются после решетки в направлениях, определяемых формулой решетки:
bm178.

Здесь d - период решетки, - длина световой волны, m - целое число, называемое порядком дифракционного максимума.

Расстояние от максимума нулевого порядка (m = 0) до максимума m-го порядка в фокальной плоскости линзы с фокусным расстоянием F при малых углах дифракции определяется формулой:

bm179.

Так как положение максимумов (кроме нулевого!) зависит от длины волны, то решетка способна разлагать излучение в спектр, то есть она является спектральным прибором.

С помощью дифракционной решетки можно производить очень точные измерения длины волны. Если период решетки известен, то определение длины волн сводится к измерению угла bm180, соответствующего направлению на выбранный максимум m-го порядка. Если свет состоит из двух монохроматических волн с длинами волн bm181 и bm182, то решетка в каждом спектральном порядке (кроме m = 0) может отделить одну волну от другой.
^ 6. Исследование дифракционной решетки
Компьютерная модель, которая используется в работе, соответствует установке для наблюдения дифракционной картины у дифракционной решетки.
^ Контрольное задание 3
Теперь вы должны выполнить указанный преподавателем вариант следующего задания. Полученные результаты необходимо занести в лабораторную тетрадь.
Вариант 1.

На дифракционную решетку нормально к ее поверхности падает параллельный пучок лучей с длиной волны  = 500 нм. Помещенная вблизи решетки линза проектирует дифракционную картину на плоский экран, удаленный от линзы на F = 50 см. Расстояние между двумя максимумами первого порядка, наблюдаемыми на экране 2y1 =2 cм.

Определить постоянную дифракционной решетки d.

Вариант 2.

Определить период d дифракционной решетки, если при наблюдении в монохроматическом свете (  = 600 нм) максимум первого порядка отклонен на угол 1 = 3,815°. Фокусное расстояние линзы, проектирующей дифракционную картину на плоский экран, равно F = 50 см.
Вариант 3.

На дифракционную решетку с периодом d = 0,011 мм падает нормально монохроматический свет. Определить длину световой волны, если угол, на которую решетка отклоняет максимум первого порядка равен 1 = 4,386°. Фокусное расстояние линзы, проектирующей дифракционную картину на экран, равно F = 50 см.
Вариант 4.

Дифракционная решетка имеет период d = 0,015 мм. На решетку падает нормально монохроматический свет ( = 450 нм). Определить угол 1, на который решетка отклоняет максимум первого порядка. Фокусное расстояние линзы, проектирующей дифракционную картину на экран, равно F = 50 см.
Вариант 5.

При освещении дифракционной решетки белым светом спектры второго и третьего порядка отчасти перекрывают друг друга. Фокусное расстояние линзы, проектирующей спектр на экран, равно F = 50 см. На какую длину волны в спектре второго порядка накладывается фиолетовая граница ( = 380 нм) спектра третьего порядка?
Вариант 6.

На дифракционную решетку, имеющую период d = 0,02 мм, падает в направлении нормали к ее поверхности белый свет. Спектр проектируется помещенной вблизи решетки линзой на экран. Определить длину спектра первого порядка на экране, если расстояние от линзы до экрана F = 50 см. Границы видимого спектра принять равными ф = 380 нм и к = 760 нм.
Вариант 7.

Чему равна постоянная дифракционной решетки d, если красной линии ( = 750 нм) в спектре первого порядка соответствует угол 1 = 4,766°? Фокусное расстояние линзы, проектирующей спектр на экран, равно F = 50 см.
Вариант 8.

Каков период d дифракционной решетки, если зеленая линия ртути ( = 546 нм) в спектре первого порядка наблюдается под углом 1 = 2,888°? Фокусное расстояние линзы, проектирующей спектр на экран, равно F = 50 см.
Вариант 9.

На дифракционную решетку нормально падает пучок света. Спектр проектируется помещенной вблизи решетки линзой на экран. Угол дифракции для натриевой линии ( = 589 нм) в спектре первого порядка был найден равным 1 = 2,672°. Некоторая линия дает в спектре первого порядка угол дифракции 1 = 3,307°. Найти длину волны этой линии и период решетки d, если расстояние от линзы до экрана F = 50 см.
Вариант 10.

На дифракционную решетку нормально падает свет от разрядной трубки, наполненной гелием. Спектр проектируется помещенной вблизи решетки линзой на экран. Угол дифракции для фиолетовой линии ( = 389 нм) в спектре первого порядка был найден равным 1 = 1,909°. Красная линия дает в спектре первого порядка угол дифракции 1 = 3,688°. Найти длину волны этой линии и период решетки d, если расстояние от линзы до экрана F = 50 см.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11

Похожие:

Лабораторная работа №10 (часть 2) iconЛабораторная работа №3
Цель занятия: Работа в программе Проводник. Работа в системе окон Мой компьютер; быстрый поиск объектов; настройки пользовательского...
Лабораторная работа №10 (часть 2) iconЛабораторная работа 2012. Фэф часть 1
Перед выполнением лабораторной работы необходимо изучить «Методические указания к выполнению лабораторной работы по дисциплине «Статистика»,...
Лабораторная работа №10 (часть 2) iconЛабораторная работа №1
Работа в интегрированной среде borland pascal на примере программ линейной структуры
Лабораторная работа №10 (часть 2) iconЛабораторная работа Работа с почтовым клиентом
Майкрософт. Office Outlook 2010 помогает пользователям лучше распоряжаться временем и информацией, устанавливать любые контакты,...
Лабораторная работа №10 (часть 2) iconЛабораторная работа № Работа с массивами и записями
Получить представление о том, что такое массив и научиться разрабатывать алгоритмы решения задач с использованием массивов в среде...
Лабораторная работа №10 (часть 2) iconЛабораторная работа 3 Теоретическая часть
Оборотные средства — это совокупность оборотных производственных фондов и фондов обращения в денежном выражении. Эти составные части...
Лабораторная работа №10 (часть 2) iconЛабораторная работа №6 Работа с отчетами
Получить практические навыки работы с отчетами в бд microsoft Office Access 2003, научиться создавать отчеты и задавать параметры...
Лабораторная работа №10 (часть 2) iconЛабораторная работа №9 Тема: Построение модели межотраслевого баланса
Каждая отрасль является «чистой» − это условная отрасль, которая объединяет все производство данного продукта независимо от ведомственной...
Лабораторная работа №10 (часть 2) iconЛабораторная работа

Лабораторная работа №10 (часть 2) icon1 Работа в среде Visual Studio. Net 200 Часть II. Программирование на vb – первый уровень 200
Работа с мышью и клавиатурой 201 Часть III. Программирование на vb второй уровень 201
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2015
контакты
userdocs.ru
Главная страница