Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






  • Сервис онлайн-записи на собственном Telegram-боте
    Тот, кто работает в сфере услуг, знает — без ведения записи клиентов никуда. Мало того, что нужно видеть свое расписание, но и напоминать клиентам о визитах тоже. Нашли самый бюджетный и оптимальный вариант: сервис VisitTime.
    Для новых пользователей первый месяц бесплатно.
    Чат-бот для мастеров и специалистов, который упрощает ведение записей:
    Сам записывает клиентов и напоминает им о визите;
    Персонализирует скидки, чаевые, кэшбэк и предоплаты;
    Увеличивает доходимость и помогает больше зарабатывать;
    Начать пользоваться сервисом
  • Примеры решения задач. Задача 1. На диафрагму с круглым отверстием радиусом 1 мм нормально падает параллельный пучок света длиной волны l=0,5 мкм






    Задача 1. На диафрагму с круглым отверстием радиусом 1 мм нормально падает параллельный пучок света длиной волны l=0, 5 мкм. На пути луча, что прошли через отверстие, помещают экран. Определить максимальное расстояние bmax от центра отверстия к экрану, при котором в центре дифракционной картины еще будет наблюдаться темное пятно.

    Дано:

    r=1 мм=10-3 м

    =0, 5 мкм=5∙ 10-7 м

    bmax-?

     

    Рис. 4.1

     

    Расстояние, при котором будет видно темное пятно, определяется числом зон Френеля, которые укладываются в отверстие. Если число зон четное, то в центре дифракционной картины будет темное пятно. Число зон Френеля, которые помещаются в отверстии, уменьшается по мере отдаления экрана от отверстия. Меньше четное число зон равняется двум. Итак, максимальное расстояние, при котором еще будет наблюдаться темное пятно в центре экрана, определяется условием, соответственно которого в отверстии должны поместиться две зоны Френеля.

    Из рисунка 4.1 вытекает, что расстояние от точки наблюдения О на экране до края отверстия на 2∙ (l /2) большее, чем расстояние R0= bmax. По теореме Пифагора получим:

    r2=(bmax+2l/2)2- bmax2=2lbmax+ 2

    Учтем, что l< < bmax и пренебрегая l2 получим

    r2=2lbmax

    откуда

    bmax= r2/2l =(10-3)2/2∙ 5∙ 10-7=1 м

    Ответ: максимальное расстояние, при котором еще наблюдается темное пятно, равняется 1 м.

    Задача 2. На расстоянии а=1 м перед диафрагмой с круглым отверстием радиусом R=1мм находится точечный источник света с длиной волны l=5∙ 10-7 м. Отстань от диафрагмы к точке наблюдения b=2 м. Определить: 1) число зон Френеля в отверстии; 2) максимум или минимум интенсивности будет в центре дифракционной картины.

    Дано:

    R=1 мм=10-3 м

    а1=1 м

    l=5∙ 10-7 м

    b=2 м


    k-?

     

    Рис.4.2

     

    Физическую систему составляет световая волна и диафрагма с круглым отверстием. Поскольку источник света находится на довольно близком расстоянии от диафрагмы, то световые волны будут сферическими, а явление, которое наблюдается на отверстии - дифракция Френеля.

    Разобьем изображенную на рисунке 4.2 волновую поверхность Ф световой волны на зоны Френеля, что представляют собой сегменты радиусом rk и высотой hk. Из рисунка видно, что rk можно выразить через два прямоугольных треугольника SCK, PCK:

    rk22-(а-hk)2

    rk2=bk2-(b+hk)2

    где bk - расстояниеот внешнего края k-ї зоны до точки Р

    (bk=b+k∙ l/2)

    а22+2аhk- hk2= bk2-b 2-2bhk-hk2

    2аhk+2bhk=bk2-b

    hk=(bk-b)/2(а+b)

    учитывая то, что

    bk2=b2+klb+(k2l 2)/4=b2+klb

    (k2l 2)/4 0, получаем

    hk.=(klb)/2(а+b), тогда

    rk22-(а-hk)2=2аhk-hk2 2hkа

    hk2 0

    r2=2аkl b/2(а+b)

    Поскольку радиус k - зоны Френеля совпадает с радиусом внешней k зоны Френеля rk=R:

    k=((а+b)R2)/аbl k =((1-2)∙ (10-3)2)/1∙ 2∙ 5∙ 10-7=3

    Ответ: в отверстии укладываются три зоны Френеля, и так, в т. Р будет максимум дифракционной картины.

    Задача 3. Посредине между точечным источником монохроматического света с длиной волны l=550 нм и экраном находится диафрагма с круглым отверстием. Дифракционная картина наблюдается на экране, расположенном на расстоянии 5 г от источника. Определить радиус отверстия, при котором центр дифракционных колец, которые наблюдаются на экране, будет наиболее темной.

    Дано:

    а= b=2, 5 м

    =550 нм=5, 5∙ 10-7 м

    r-?

     

    Пусть отверстие диафрагмы открывает k зон Френеля (см. рис. 4.2). Тогда радиус k-ї зоны Френеля есть не что другое, как радиус отверстия равный

    rk=

    rk= м

    Ответ: радиус отверстия в диафрагме 1, 17 мм.

     

    Задача 4. На щель шириной а=0, 1 мм падает нормально монохроматический свет с длиной волны l=500 нм. Дифракционная картина проектируется на экран, параллельный плоскости щели, с помощью линзы, расположенной вблизи щели. Определить расстояние от экрана к линзе, если отстань между двумя первыми дифракционными минимумами, расположенными по обе стороны от центрального максимума, равняется 1 см.

    Дано;

    а=0, 1 мм=10-4 м

    l=500 нм=5∙ 10-7 м

    l =1 см=10-2 м

    k=1


    L-?

     

     

    Рис. 4.3.

     

    Условие дифракционных минимумов от одной щели, на которую падает нормально свет:

    аsin j= k ,

    где k=1 по условию задачи. Из рисунка 4.3 вытекает, что

    l =2Ltgj,

    но поскольку l /2< < L, то tgj sinj

    sinj = l /2L

     

    Подставляя значения sіnj в условие дифракционных минимумов от одной щели, получаем а l /2L=l

    L=a l /2l

    L=10-4∙ 10-2/2∙ 5∙ 10-7=1 м

    Ответ: расстояние от экрана к линзе равняется 1 м.

     

    Задача 5. На дифракционную решетку нормально к ее поверхности падает монохроматический свет с длиной волны l=550 нм. На экран, который находится от решетки на расстоянии L=1м, с помощью линзы, расположенной вблизи решетки, проектируется дифракционная картина, причем первый главный максимум наблюдается на расстоянии l =12 см от центральных. Определить: 1) период дифракционной решетки; 2) число штрихов на 1 см ее длины; 3) максимальное число максимумов, который дает решетка; 4) угол дифракции, которая отвечает последнему максимуму.

    Дано:

    =550 нм=5, 5 *10-7 м

    L=1 м

    k=1

    l =12 см=0, 12 м

    l ’=1 см=0, 01 м


    d-? n-? N-? jmax-?

     

     

    Рис.4.4

     

    Период дифракционной решетки найдем из условия главного максимума:

    dsinj =k

     

    где k=1 - порядок спектра.

    Из рисунка 4.4 вытекает, что tg j= l /L, так как l < < L, то

    tg j sіnj и выражение можно записать:

    d l /L= d= lL/ l

     

    Число штрихов на 1 см:

    n= l ’/d=0.01/4.58∙ 10-6=2.18∙ 103 м-1

    Поскольку наибольший угол отклонения лучей решеткой не может быть более 900 (p/2), тогда максимальное значение kmax можно найти из условия:

    dsin

    Естественно, что число k должно быть целым. Общее число максимумов, которое дает дифракционная решетка равняется:

    N=2kmax+1

    так как максимумы наблюдаются как по правую сторону так и по левую сторону от центрального максимума (единица учитывает центральный максимум):

    N=(2d/l)+1=(2∙ 4.58∙ 10-6/5.5∙ 10-7)+1=17

    Угол дифракции, которая отвечает последнему максимуму, найдем, записав условие максимумов от дифракционной решетки в виде:

    dsin откуда

    Ответ: период дифракционной решетки d=4, 58 мкм, число штрихов на 1 см длины решетки n=2, 18∙ 103 см-1; максимальное число максимумов N=17; угол дифракции, которая отвечает последнему максимуму 73, 90.

     

    Задача 6. Дифракционная решетка длиной l =5 мм может различить в первом порядке две спектральных линии натрия l1=589, 0 нм и l2= 589, 6 нм. Определить, под каким углом в спектре третьего порядка будет наблюдаться свет с l3=600 нм, что падает на решетки нормально.

    Дано:

    l =5 мм=5∙ 103 м

    l1=589, 0 нм=5, 89∙ 10-7 м

    l2=589, 6 нм=5, 896∙ 10-7 м

    l3=600 нм=6∙ 10-7 м

    k1=1

    k2=3


    j-?

     

    Для нахождения искомого угла запишем условие дифракционного максимума (см. рис.4.4):

    dsinj =k3 3

     

    откуда

    j =arcsin (k3l 3/ d) (1)

    Период дифракционной решетки

    d= l /N

    где N - общее число штрихов дифракционных решеток.

    Найдем N из формулы разрешающей способности дифракционных решеток,

    R=k1N=l 1/Δ l

    где

    Δ l =l2 - l 1

    тогда

    N=l 1/k1Δ l

    и

    d= l k1Δ l /l 1 (2)

    Подставив (2) в (1), найдем искомый угол:

    j=arcsin(k3l 3l 1/ k1Δ l

    j=arcsin(3∙ 6∙ 10-7∙ 5.89∙ 10-7/5∙ 10-3∙ 1∙ 0.006∙ 10-7)=20042’

    Ответ: свет в спектре третьего порядка будет наблюдаться под углом 20042'.

     






    © 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
    Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
    Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.