Физика 2 · Лабораторная работа 2 · ФДО ТУСУР

Дифракция лазерного излучения от щели: расчёт электронного отчёта онлайн

Введите ширину щели и расстояния между минимумами из журнала. Страница посчитает значения для всех 15 шагов отчёта в личном кабинете в том виде, в каком их принимает система.

5 + 10 опытовОтчёт из 15 шаговВидео 5:00

Расчёт отчёта по шагам

Числа вводите в метрах, как их показывает система: 0.000463. Нажмите на любое значение в шагах, чтобы скопировать его, маленькая цифра — номер опыта.

Данные из журнала

Сейчас в таблице пример. Замените его своими числами.

В установке удобнее всего выставить ширину щели 500, 461, 422, 396 и 371 мкм при m = 2, а во второй части — 500 мкм и m от 1 до 10, как в видео.

  1. Шаг 1

    Отметьте пять опытов первой части

    В первой части порядок минимума один и тот же (m = 2), а ширина щели меняется. Отметьте пять таких опытов — те же, что вы ввели в таблицу на этой странице.

  2. Шаг 2

    Отметьте десять опытов второй части

    Во второй части ширина щели одна и та же, а порядок минимума меняется от 1 до 10. Отметьте десять таких опытов.

  3. Шаг 3

    Данные первой части

    Вводить ничего не нужно

    Система показывает пять выбранных опытов. Сверьте ширину щели и расстояние между полосами с таблицей на этой странице и нажмите «Далее».

  4. Шаг 4

    Углы дифракции φm, первая часть

    Угол маленький, поэтому φ ≈ xm/l: половину расстояния между минимумами делим на расстояние до экрана. Записываем как y · 10⁻³, два знака после точки. Для первого опыта:

    φm=2xm2l=0.0004632·0.0909=2.5468…·10−3≈2.55·10−3

    Расстояние до экрана система показывает как 0.090 м, но ответы сходятся с l = 0.0909 м. Его мы и берём.

    Введите в отчёт
    y:
    Система не принимает шаг 4? Напишите нам
  5. Шаг 5

    Обратные значения 1/φm

    Делим единицу на угол. Берём φ без округления, иначе последняя цифра может разойтись. Один знак после точки.

    1φm=12.54675·10−3=392.657…≈392.7
    Введите в отчёт
    1/φ:
    Система не принимает шаг 5? Напишите нам
  6. Шаг 6

    Параметры прямой K1 и B1

    Из условия минимума b·sin φ = mλ при малых углах 1/φ = b/(mλ): обратный угол растёт линейно с шириной щели. Строим прямую 1/φ = K1·b + B1 методом наименьших квадратов, ширину щели берём в микрометрах.

    Опытx = b, мкмy = 1/φm
    1500392.7
    2461363.6
    3422330.5
    4396309.2
    5371290.9
    K1≈0.79916…≈0.799 1/мкм,B1≈−6.2577…≈−6.26

    Оба числа округляем до трёх значащих цифр.

    Введите в отчёт
    K1 =1/мкм, B1 =
    Система не принимает шаг 6? Напишите нам
  7. Шаг 7

    График зависимости 1/φm от b

    360380400420440460480500300350400b, мкм1/φmОпыт 1: b = 500 мкм, 1/φ = 392.7Опыт 2: b = 461 мкм, 1/φ = 363.6Опыт 3: b = 422 мкм, 1/φ = 330.5Опыт 4: b = 396 мкм, 1/φ = 309.2Опыт 5: b = 371 мкм, 1/φ = 290.9
    Вводить ничего не нужно

    Система строит такой же график сама. Точки должны лечь почти на прямую.

  8. Шаг 8

    Длина волны лазера λ

    Угловой коэффициент прямой K1 = 1/(mλ), отсюда λ = 1/(m·K1). Порядок минимума m = 2, ответ в микрометрах с тремя знаками.

    λ=1m·K1=12·0.799=0.62578…≈0.626 мкм
    Введите в отчёт
    λ =мкм
    Система не принимает шаг 8? Напишите нам
  9. Шаг 9

    Данные второй части

    Вводить ничего не нужно

    Система показывает десять выбранных опытов: ширина щели одна, порядок минимума от 1 до 10. Сверьте расстояния между полосами и нажмите «Далее».

  10. Шаг 10

    Углы дифракции φm, вторая часть

    Считаем так же, как на шаге 4, для каждого порядка минимума. Для m = 1:

    φm=0.0002252·0.0909=1.2376…·10−3≈1.24·10−3
    Введите в отчёт
    y:
    Система не принимает шаг 10? Напишите нам
  11. Шаг 11

    Параметры прямой K2 и B2

    При постоянной ширине щели φ = (λ/b)·m: угол растёт линейно с порядком минимума. Строим прямую φ = K2·m + B2 по значениям шага 10 методом наименьших квадратов.

    my = φm · 10³
    11.24
    22.61
    33.85
    45.16
    56.49
    67.76
    79.08
    810.45
    911.83
    1013.26
    K2≈1.32576…≈1.33,B2≈−0.11867…≈−0.119

    Оба числа округляем до трёх значащих цифр. K2 здесь в единицах 10⁻³, как и φ.

    Введите в отчёт
    K2 =B2 =
    Система не принимает шаг 11? Напишите нам
  12. Шаг 12

    График зависимости φm от m

    0246810051015mφm · 10³m = 1: φ = 1.24·10⁻³m = 2: φ = 2.61·10⁻³m = 3: φ = 3.85·10⁻³m = 4: φ = 5.16·10⁻³m = 5: φ = 6.49·10⁻³m = 6: φ = 7.76·10⁻³m = 7: φ = 9.08·10⁻³m = 8: φ = 10.45·10⁻³m = 9: φ = 11.83·10⁻³m = 10: φ = 13.26·10⁻³
    Вводить ничего не нужно

    Система строит такой же график сама.

  13. Шаг 13

    Вычисленная ширина щели

    Угловой коэффициент K2 = λ/b, отсюда b = λ/K2. Не забываем множитель 10⁻³ у K2. Ответ в микрометрах, до целого.

    bвыч=λK2·10−3=0.6261.33·10−3=470.68…≈471 мкм
    Введите в отчёт
    bвыч =мкм
    Система не принимает шаг 13? Напишите нам
  14. Шаг 14

    Отличие измеренной ширины щели от вычисленной

    Сравниваем ширину щели второй части (500 мкм) с вычисленной. Ответ в процентах, три значащие цифры.

    o=|1−bbвыч|·100%=|1−500471|·100%=6.1571…≈6.16%
    Введите в отчёт
    o =%
    Система не принимает шаг 14? Напишите нам
  15. Шаг 15

    Работа сдана

    Лабораторная работа успешно завершена.

Система не принимает значение?

Напишите нам во ВКонтакте номер шага и свои замеры. Разберёмся и, если ошибка в расчёте, поправим его для всех.

Написать во ВКонтакте

Что происходит в опыте

Луч лазера проходит через узкую щель, и на экране вместо одной полоски появляется ряд светлых и тёмных полос. По расстояниям между тёмными полосами (минимумами) находят длину волны лазера и ширину щели.

  1. 1

    Разная ширина щели

    Порядок минимума фиксирован (m = 2), а щель сужают. Чем уже щель, тем шире расходится картина, и расстояние между минимумами растёт.

  2. 2

    Длина волны лазера

    Обратный угол дифракции растёт линейно с шириной щели. По наклону этой прямой находят длину волны.

  3. 3

    Разные порядки минимума

    Щель фиксирована, а меряют минимумы с 1-го по 10-й. Угол растёт линейно с номером минимума, и по наклону, зная длину волны, вычисляют ширину щели.

Условие минимума при дифракции на щели, формула (2.1) методички:

b·sin⁡φ=mλ

Экран далеко, угол маленький, поэтому sin φ ≈ φ ≈ xm/l:

φm=2xm2l=mλb

Отсюда две прямые, по которым считается отчёт:

1φm=1mλ·bφm=λb·m

Наклон первой K1 = 1/(mλ), второй K2 = λ/b.

На чём чаще всего ошибаются

  • l = 0.090 вместо 0.0909

    С l = 0.090 угол на шаге 4 выходит 2.57 вместо 2.55, и дальше значения отличаются. Ответы отчёта сходятся с l = 0.0909 м.
  • Ширина щели в метрах на шаге 6

    Для прямой ширину щели берут в микрометрах: 0.000500 м = 500 мкм. Иначе K1 получится в миллион раз больше.
  • Забыт множитель 10⁻³

    K2 — это наклон для φ в единицах 10⁻³. На шаге 13 его нужно умножить на 10⁻³, иначе ширина щели выйдет 0.47 мкм вместо 470.
  • Перепутаны части работы

    В первой части меняется ширина щели при m = 2, во второй — порядок минимума при одной ширине. На шагах 1 и 2 отмечайте опыты именно так.

Вопросы

Почему расстояние до экрана 0.0909, если система показывает 0.090?

Система округляет его на экране до трёх знаков. Углы, которые она принимает на шагах 4 и 10, получаются с l = 0.0909 м.

Почему угол считают как x/l, а не через синус?

Экран далеко от щели, угол — тысячные доли радиана. Для таких углов sin φ и сам угол практически равны.

Какую длину волны должен давать лазер?

Красный гелий-неоновый лазер излучает около 0.63 мкм. Если у вас получилось около 0.62–0.63 мкм, опыт проведён правильно.

Где расчёт для других работ по физике?

Список всех работ, для которых есть расчёт, — на странице лабораторных по физике. Ссылки на соседние работы есть и внизу этой страницы.