Wstęp
Celem ćwiczenia było badanie falowych własności światła. W ćwiczeniu wykorzystane zostało światło czerwone którego długość fali wynosiła 630÷680 nm.
Światło to fala elektromagnetyczna. Na podstawie zjawisk dyfrakcji, interferencji oraz polaryzacji można stwierdzić jego falową naturę.
Dyfrakcja to wszelkie odchylenia od prostoliniowości rozchodzenia się światła.
Interferencja polega na dodawaniu się wychyleń dwóch lub więcej fal.
Polaryzacja polega na porządkowaniu kierunków drgań w jednej płaszczyźnie, zwanej płaszczyzną polaryzacji.
Aby potwierdzić falową naturę światła badamy zachowanie się wiązki światła laserowego przechodzącego przez szczelinę i padającego na ekran za szczeliną. Zgodnie z zasadą Huygensa przy przejściu światła przez szczelinę staje się ona źródłem kolejnych fal. Będziemy rozpatrywać promienie dwóch fal powstałych na końcach szczeliny. Spotykają się one w punkcie D. Różnica dróg tych dwóch promieni wynosi
d-szerokość szczeliny
- kąt ugięcia
Wzmocnienie światła następuje w tych punktach ekranu, gdzie promienie będą spotykały się w zgodnych fazach - jest to możliwe, gdy zachodzi równość
Wygaszenie fali nastąpi w punktach ekrany, w których promienie będą spotykały się w fazach przeciwnych, czyli gdy 
W tych miejscach gdzie jest wzmocnienie będą jasne prążki a w tych miejscach gdzie jest wygaszenie będą ciemne prążki. W rezultacie na ekranie otrzymamy układ jasnych i ciemnych prążków.
Oznaczmy przez ak odległość k-tego prążka jasnego od wiązki światła. Z powyższego rysunku wynika, że:
gdzie: l - odległość ekranu od szczeliny
Wiadomo, że dla małych kątów
Wykorzystując tę zależność możemy zapisać równość:
przekształcając dalej:
Tabele z pomiarami i wynikami obliczeń
Lp. |
l [m] |
Δl [m] |
k |
ak [m] |
Δak [m] |
d [m] |
Δd [m] |
σ=Δd /d |
Δd /d *100% |
1 |
1 |
0,002 |
1 |
0,014 |
0,002 |
4,76*10-3 |
0,76*10-3 |
159,40*10-3 |
16 |
|
|
|
2 |
0,024 |
0,002 |
5,55*10-3 |
0,55*10-3 |
99,87*10-3 |
10 |
|
|
|
3 |
0,034 |
0,002 |
5,88*10-3 |
0,44*10-3 |
75,36*10-3 |
8 |
|
|
|
4 |
0,043 |
0,002 |
6,20*10-3 |
0,39*10-3 |
63,05*10-3 |
7 |
2 |
0,9 |
0,002 |
1 |
0,014 |
0,002 |
4,31*10-3 |
0,72*10-3 |
167,66*10-3 |
17 |
|
|
|
2 |
0,024 |
0,002 |
5,03*10-3 |
0,54*10-3 |
108,14*10-3 |
11 |
|
|
|
3 |
0,033 |
0,002 |
5,48*10-3 |
0,47*10-3 |
85,41*10-3 |
9 |
|
|
|
4 |
0,042 |
0,002 |
5,74*10-3 |
0,42*10-3 |
72,42*10-3 |
8 |
3 |
0,8 |
0,002 |
1 |
0,014 |
0,002 |
3,81*10-3 |
0,64*10-3 |
166,79*10-3 |
17 |
|
|
|
2 |
0,024 |
0,002 |
4,44*10-3 |
0,48*10-3 |
107,26*10-3 |
11 |
|
|
|
3 |
0,033 |
0,002 |
4,84*10-3 |
0,41*10-3 |
84,54*10-3 |
9 |
|
|
|
4 |
0,044 |
0,002 |
4,84*10-3 |
0,34*10-3 |
69,38*10-3 |
7 |
Lp. |
l [m] |
Δl [m] |
k |
a' [m] |
a” [m] |
ak [m] |
Δak [m] |
λ[m] |
λśr[m] |
∆λ[m] |
∆λśr[m] |
σƛ[m] |
∆λ/λ*100% |
1 |
1 |
0,002 |
1 |
95*10-3 |
93*10-3 |
94*10-3 |
0,002 |
668*10-9 |
666 *10-9 |
15,55*10-9 |
9,68 *10-9 |
16,77*10-9 |
3 |
|
|
|
2 |
193*10-3 |
188*10-3 |
190*10-3 |
0,002 |
666*10-9 |
|
8,06*10-9 |
|
|
2 |
|
|
|
3 |
298*10-3 |
285*10-3 |
291*10-3 |
0,002 |
665*10-9 |
|
9,68*10-9 |
|
|
1 |
2 |
0,9 |
0,002 |
1 |
85*10-3 |
84*10-3 |
85*10-3 |
0,002 |
671*10-9 |
670 *10-9 |
17,14*10-9 |
15,00 *10-9 |
25,97*10-9 |
3 |
|
|
|
2 |
174*10-3 |
169*10-3 |
172*10-3 |
0,002 |
670*10-9 |
|
12,35*10-9 |
|
|
2 |
|
|
|
3 |
268*10-3 |
257*10-3 |
263*10-3 |
0,002 |
668*10-9 |
|
15,50*10-9 |
|
|
3 |
3 |
0,8 |
0,002 |
1 |
76*10-3 |
74*10-3 |
75*10-3 |
0,002 |
667*10-9 |
667 *10-9 |
17,88*10-9 |
14,27 *10-9 |
24,72*10-9 |
3 |
|
|
|
2 |
154*10-3 |
150*10-3 |
152*10-3 |
0,002 |
667*10-9 |
|
10,07*10-9 |
|
|
2 |
|
|
|
3 |
238*10-3 |
228*10-3 |
233*10-3 |
0,002 |
666*10-9 |
|
14,86*10-9 |
|
|
3 |
3.Wnioski
Na podstawie przeprowadzonego doświadczenia udało nam się udowodnić falową naturę światła. Światło po przejściu przez szczelinę uległo ugięciu i zaobserwowałyśmy na ekranie układ ciemnych i jasnych prążków zamiast granicy światła i cienia. Zjawisko to nosi nazwę dyfrakcji i jest wynikiem falowej natury światła. Wyniki pomiarów były obarczone błędem który wynosi dla szczeliny do 17% a dla siatki dyfrakcyjnej do 3%. Wielkość błędu pomiaru był spowodowany błędnym odczytaniem odległości i nieprecyzyjnym wyznaczeniem środka prążka.
Długości fali mieści się w przedziale długości światła czerwonego, ponieważ z obliczeń długość fali wyszła 665÷670 nm.
Abako Łukasz Noske Rafał
SP-PC11/1/1 |
|
|
26-03-2012 |
|
|
||
Temat : Badanie falowych właściwości światła
Prowadzący ćwiczenie:
Ocena: |
|||
Wyszukiwarka