Физическая оптика, дифракция
Изучение совокупности явлений, сопровождающихся нарушением законов геометрической оптики при распространении волн в средах с явно выраженными неоднородностями. Расчет периода решетки, максимума света и определение углов дифракции для составляющих.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | практическая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 12.11.2018 |
| Размер файла | 1,4 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Расчётно-графическая работа по физике
Тема: Физическая оптика. Дифракция
Вариант 14
Автор: студент гр. БТБ-17 Митрофанова В.А.
Проверил: доц. кафедры ОТФ Смирнова Н.Н.
Санкт - Петербург
2018
Краткое теоретическое содержание
Явление, изучаемое в работе: дифракция света.
Основные понятия и определения
Дифракция - это совокупность явлений, сопровождающихся нарушением законов геометрической оптики при распространении волн в средах с явно выраженными неоднородностями.
Принцип Гюйгенса-Френеля. Каждая точка волновой поверхности служит центром вторичных полусферических волн, огибающая которых дает положение волновой поверхности в последующий момент времени. Вторичные волны являются когерентными, а амплитуда и фаза волны в некоторой точке вблизи волновой поверхности - это результат интерференции вторичных волн.
Интерференция - перераспределение энергии переносимой волной, в результате сложения или наложения колебаний от двух или более когерентных дискретных источников.
Колебания называются когерентными, если они происходят с одной частотой и постоянной разностью фаз в точке наблюдения.
Амплитуда волны -- это максимальное отклонение колебательной величины от нулевого значения на определенном временном или пространственном промежутке.
Фаза колебаний - это аргумент периодической функции, описывающей процесс колебания волны.
Дифракционная решётка -- оптический прибор, действие которого основано на использовании явления дифракции света. Представляет собой ряд параллельных прозрачных щелей, разделенных между собой непрозрачными промежутками.
Основные расчетные формулы
Период решетки
где n-частота штрихов, штр/мм
Оптическая разность хода двух волн
Где а - ширина щели, мм
b - ширина непрозрачного штриха, мм
Максимум света возникнет только если разность хода будет равна целому числу длин волн
геометрический оптика дифракция свет
Приравняв формулы (2) и (3) получим
Условие возникновения максимума при прохождении света через дифракционную решетку
, (m=0, 1, 2 ,3,…)
где, m - порядок интерференционного максимума, б/р
ц - угол, между нормалью к решетке и лучом, град
Максимальный порядок дифракции достигается при ц=90°, следовательно, из формулы (4)
Углы дифракции для составляющих
Расчетная часть
Исходные данные
На прозрачную (т.е. работающую на пропускание света) дифракционную решетку, имеющую частоту штрихов n=400 штр/мм, падает нормально (т.е. перпендикулярно) узкий параллельный пучок света, имеющий три спектральных составляющих
;
;
.
Рассчитать максимально возможный порядок m и углы дифракции ц для каждой спектральной составляющей. Построить ход лучей разного цвета после прохождения дифракционной решетки на расстояниях до 70 мм (по радиусу) от места выход луча из решетки.
Решение
1. Определяем период решетки по формуле (1)
2. Определяем цвета составляющих по таблице 2 в приложении
- желтый,
- зеленый,
- фиолетовый.
3. Рассчитываем максимальные порядки дифракции для каждой составляющей по формуле (5)
4. Рассчитаем углы дифракции для желтой составляющей
Первый порядок дифракции (m=1)
Второй порядок дифракции (m=2)
Третий порядок дифракции (m=3)
Четвертый порядок дифракции (m=4)
5. Рассчитаем углы дифракции для зеленой составляющей
Первый порядок дифракции (m=1)
Второй порядок дифракции (m=2)
Третий порядок дифракции (m=3)
Четвертый порядок дифракции (m=4)
6. Рассчитаем углы дифракции для фиолетовой составляющей
Первый порядок дифракции (m=1)
Второй порядок дифракции (m=2)
Третий порядок дифракции (m=3)
Четвертый порядок дифракции (m=4)
Пятый порядок дифракции (m=5)
Шестой порядок дифракции (m=6)
Таблица 1 - «Углы дифракции»
|
Порядок |
m1 |
m2 |
m3 |
m4 |
m5 |
m6 |
|
|
Составляющие |
ц° |
||||||
|
Желтая, л1 |
13 |
27 |
44 |
67 |
|||
|
Зеленая, л2 |
12 |
25 |
40 |
59 |
|||
|
Фиолетовая, л3 |
9 |
19 |
29 |
40 |
54 |
76 |
7. Выполняем цветное графическое построение в соответствии с полученными данными.
Выполненное построение см. в приложении рис. 1.
Вывод
В ходе выполнения расчетно-графической работы было определено количество максимальных порядков дифракции для каждой составляющей, для жёлтой составляющей максимальное количество составляющей - 4, для зелёной - 4, для фиолетовой - 6. Также были рассчитаны углы дифракции для каждой составляющей, результаты представлены в таблице 1.
Исходя из графического изображения, можно сделать вывод, что наименьшее отклонение от прямолинейного распространения имеют световые волны с наименьшей длиной волны, в данном случае-это фиолетовый свет, наибольшее -с наибольшей длиной волны, в данном случае-желтый свет.
Также, из рисунка следует, что угол дифракции зависит от длины падающего света. Минимальное значение для световых волн, длина волны которых соответствует фиолетовому свету, максимальное значение в данном случае для световых волн, длина волны которых соответствует желтому свету. При увеличении длины световой волны угол, под которым наблюдается максимум порядка, возрастает.
Основная часть световой энергии сосредоточена в центральном максимуме. При увеличении порядка максимума его интенсивность уменьшается. Следовательно наиболее выгодно использовать для разрешения данной решеткой линий видимого спектра 1 порядок.
Также, мы убедились в возможности наложения спектров разного порядка друг на друга.
Приложение
Таблица 2 - «Таблица соответствия цветов луча с длинами волн»
|
Название цвета |
Границы спектрального диапазона, нм |
|
|
Красный |
620-780 |
|
|
Оранжевый |
585-620 |
|
|
Желтый |
570-585 |
|
|
Зеленый |
510-570 |
|
|
Голубой |
480-510 |
|
|
Синий |
450-480 |
|
|
Фиолетовый |
380-450 |
Рис. 1 Графическое изображение углов отклонения лучей разного цвета
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Теория явления. Дифракция – совокупность явлений при распространении света в среде с резкими неоднородностями. Нахождение и исследование функции распределения интенсивности света при дифракции от круглого отверстия. Математическая модель дифракции.
курсовая работа [75,6 K], добавлен 28.09.2007Основные принципы геометрической оптики. Изучение законов распространения световой энергии в прозрачных средах на основе представления о световом луче. Астрономические и лабораторные методы измерения скорости света, рассмотрение законов его преломления.
презентация [1,5 M], добавлен 07.05.2012Определение дифракции в волновой и геометрической оптике. Сущность принципа Гюйгенса-Френеля. Виды дифракции и определение дифракционной решетки. Дифракция Фраунгофера на одной щели. Распределение интенсивности в дифракционной картине от двух щелей.
презентация [82,6 K], добавлен 17.01.2014Огибание волнами препятствий, встречающихся на пути. Отклонения законов распространения волн от законов геометрической оптики. Принцип Гюйгенса. Амплитуда распространяющихся лучей. Суперпозиция когерентных волн, излучаемых фиктивными источниками.
реферат [428,8 K], добавлен 21.03.2014Основы теории дифракции света. Эксперименты по дифракции света, условия ее возникновения. Особенности дифракции плоских волн. Описание распространения электромагнитных волн с помощью принципа Гюйгенса-Френеля. Дифракция Фраунгофера на отверстии.
презентация [1,5 M], добавлен 23.08.2013Дифракция механических волн. Связь явлений интерференции света на примере опыта Юнга. Принцип Гюйгенса-Френеля, который является основным постулатом волновой теории, позволившим объяснить дифракционные явления. Границы применимости геометрической оптики.
презентация [227,5 K], добавлен 18.11.2014Дифракция в сходящихся лучах (дифракция Френеля). Схема дифракции Фраунгофера в параллельных лучах. Интерференция волн, идущих от щелей решетки. Формулы условий, определяющих дифракционную картину. Спектральное разложение. Разрешающая способность решетки.
презентация [135,3 K], добавлен 18.04.2013Исторические факты и законы геометрической оптики. Представления о природе света. Действие вогнутых зеркал. Значение принципа Ферма для геометрической оптики. Развитие волновой теории света. Геометрическая оптика как предельный случай волновой оптики.
реферат [231,0 K], добавлен 19.05.2010Обзор дифракции в сходящихся лучах (Френеля). Правила дифракции световых волн на круглом отверстии и диске. Схема дифракции Фраунгофера. Исследование распределения интенсивности света на экране. Определение характерных параметров дифракционной картины.
презентация [135,3 K], добавлен 24.09.2013Исследование дифракции, явлений отклонения света от прямолинейного направления распространения при прохождении вблизи препятствий. Характеристика огибания световыми волнами границ непрозрачных тел и проникновения света в область геометрической тени.
презентация [1,4 M], добавлен 07.06.2011Изучение явлений интерференции и дифракции. Экспериментальные факты, свидетельствующие о поперечности световых волн. Вывод о существовании электромагнитных волн, электромагнитная теория света. Пространственная структура эллиптически-поляризованной волны.
презентация [485,0 K], добавлен 11.12.2009Исследование распределения интенсивности света на экране с целью получения информации о свойствах световой волны. Основные виды дифракции. Объяснение проникновения световых волн в область геометрической тени с помощью принципа Гюйгенса. Метод фон Френеля.
презентация [146,9 K], добавлен 24.09.2013Особенности физики света и волновых явлений. Анализ некоторых наблюдений человека за свойствами света. Сущность законов геометрической оптики (прямолинейное распространение света, законы отражения и преломления света), основные светотехнические величины.
курсовая работа [2,1 M], добавлен 13.10.2012Понятие и главное содержание оптики, ее принципы и свойства, оценка возможностей и функционала. Явление брэгговской дифракции и направления его исследования, физическое обоснование и значение. Преломляющая линза, определение ее основных параметров.
курсовая работа [406,4 K], добавлен 12.06.2014Первые представления о природе света и теория зрительных лучей Евклида. Анализ законов геометрической оптики методом Гюйгенса и выведение законов отражения и преломления. Физический смысл показателя преломления и явление полного внутреннего отражения.
презентация [493,3 K], добавлен 07.09.2010Понятие дифракции световых волн. Распределение интенсивности света в дифракционной картине при освещении щели параллельным пучком монохроматического света. Дифракционная решетка, принцип Гюйгенса - Френеля, метод зон. Дифракция Фраунгофера одной щели.
реферат [43,7 K], добавлен 07.09.2010История поиска ответа на вопрос о том, что такое свет. Оптика - учение о природе света, световых явлениях и взаимодействии с веществом. Открытия в области оптики. Закон отражения света. Понятие углов падения и отражения света, зеркальное отражение.
презентация [714,6 K], добавлен 02.04.2012Рассмотрение дифракции - отклонения световых лучей от прямолинейного распространения при прохождении сквозь узкие щели, малые отверстия или при огибании малых препятствий. Волновые свойства света. Принцип Гюйгенса–Френеля. Строение дифракционной решетки.
презентация [1,4 M], добавлен 04.08.2014Исследование распределения интенсивности света на экране с целью получения информации о свойствах световой волны - задача изучения дифракции света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля, увеличение интенсивности света с помощью зонной пластинки.
презентация [146,9 K], добавлен 18.04.2013Анализ теорий распространения электромагнитных волн. Характеристика дисперсии, интерференции и поляризации света. Методика постановки исследования дифракции Фраунгофера на двух щелях. Влияние дифракции на разрешающую способность оптических инструментов.
курсовая работа [2,0 M], добавлен 19.01.2015
