일반물리학실험보고서-슬릿에 의한 빛의 간섭과 회절
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소개글

일반물리학실험보고서-슬릿에 의한 빛의 간섭과 회절에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험 목적
2. 실험 원리
3. 실험 기구 및 재료
4. 실험 방법
5. 측정값
6. 실험 결과
7. 결과에 대한 논의
8. 결론
9. 질문 및 토의
10. 참고 문헌 및 출처

본문내용

8.307087
그래프 기울기(실험값)
그래프 기울기(이론값)
상대오차
61.417
61.538
0.19%
실험 2) 이중 슬릿
이중 슬릿
1
2
3
단위(mm)
a=0.04mm
d=0.25mm
a=0.04mm
d=0.50mm
a=0.08mm
d=0.25mm
d(x1)(mm)
0.3900
0.78
0.39
상대오차
56.00%
56.00%
56.00%
d(x2)(mm)
0.2600
0.52
0.26
상대오차
4.00%
4.00%
4.00%
a(x’1)(mm)
0.0411
0.04105
0.078
상대오차
2.63%
2.63%
2.50%
a(x’2)(mm)
0.0400
0.04
0.05571
상대오차
0.00%
0.00%
30.36%
7. 결과에 대한 논의
실험 1) 단일 슬릿
레이저광을 폭이 0.04mm인 슬릿 사이로 통과시켜 스크린에 회절무늬가 나타나도록 하였다. 슬릿과 거리사이를 D로 하고 50cm, 60cm, 70cm로 변화시켰으며 이에 따른 회절무늬를 관측하였다. 실험 결과 값은 D가 커질수록 과 이 커졌는데 이는 D와 , 이 정비례 관계에 있다는 이론과 일치한다고 할 수 있다. 이를 그래프로 나타내면 기울기가 양인 직선이 나오는데 기울기는 이다. 먼저 이 식을 통해 기울기의 이론값을 구해보면 61.538을 얻을 수 있다. 실험값을 구해보면 61.417이 나오는데 이는 이론값과 매우 근사하다. 다음으로 과 으로 슬릿을 폭을 을 이용하여 계산한 결과 15%이하의 오차를 가진 결과값을 얻을 수 있었다.
실험 2) 이중 슬릿
이중 슬릿 실험은 슬릿만 다르게 교체할 뿐 나머지는 단일 슬릿 실험과 과정이 같다. 하지만 이중 슬릿 실험의 경우 회절뿐만 아니라 간섭 또한 관찰하여 측정해주어야 했다. 간섭은 회절보다 조밀하게 분포되어 있어 관측하기 어려웠다.
이중슬릿 1과 이중슬릿 2를 비교해보면 슬릿의 폭은 같고 이중슬릿 2의 슬릿 간격이 이중슬릿 1의 약 2배이다. 슬릿 1의 , 이 슬릿 2의 것의 약 2배이므로 슬릿 사이의 간격이 커질수록 간섭에 의한 무늬의 크기가 작아진다는 것을 알 수 있다.
이중슬릿 1과 이중슬릿 3을 비교해보면 슬릿 간격은 같고 이중슬릿 3의 슬릿 폭이 이중슬릿 1의 약 2배이다. 슬릿 1의 , 이 슬릿 3의 것의 약 2배이므로 슬릿의 폭이 커질수록 회절에 의한 무늬의 크기가 작아진다는 것을 알 수 있다.
오차에 대한 원인으로는,
첫 번째, 무늬의 끝부분의 경계가 모호해 거리를 정확히 재지 못한 점
둘 번째, 모눈종이가 0.1cm인데 오직 모눈종이로 길이를 재기에는 한계가 있었던 점
셋 번째, 간격이 매우 조밀해 측정하기 어려웠던 점<이 때문에 간섭으로 구한 d(x1)의 오차가 나머지의 값들에 비해 50%를 넘어갈 만큼 매우 컸다.>
네 번째, 종이에 그릴 때 스크린 고정이 잘 되어있지 않아 길이를 정확히 재지 못한 점
이렇게 총 4가지가 있다.
8. 결론
이번 실험은 단일 슬릿과 이중 슬릿에서의 레이저광의 회절, 간섭무늬의 관측을 통해 슬릿의 폭과 슬릿 사이의 간격을 계산해 보는 실험이었다. 실험에서 슬릿의 폭이 빛의 파장에 비하여 클 때, 슬릿을 통과하는 빛이 슬릿에서의 위치에 따라 위상이 달라지고 연속적으로 위상차가 있는 빛이 무수히 많이 합하게 되어 간섭과 회절이 나타나게 된다. 슬릿의 폭과 슬릿 사이의 간격이 커질수록 회절에 의한 무늬와 간섭에 의한 무늬가 각각 작아진다는 것을 알 수 있었다. 그리고 단일슬릿의 경우 그래프로 그려보면서 기울기도 알 수 있었다. 회절무늬에서 그래프의 기울기는 을 나타내지만 추가로 조사한 바에 따르면 간섭무늬에서 그래프의 기울기는 를 나타낸다. 이번 실험을 통해 간섭과 회절의 차이에 대해 알아 볼 수 있었다.
9. 질문 및 토의
가간섭성(결맞음)이란 무엇인가?
결맞음은 파동이 간섭 현상을 보이게 하는 성질인데, 결맞음이 잘 될수록 간섭 현상이 잘 일어난다. 간섭은 파동만이 가지고 있는 성질로, 둘 이상의 동일한 진동수의 파동이 같은 지점에 도달할 때 각 지점에 따라 파동의 세기 분포가 일정한 형태를 이루고 있는 것을 말한다. 이는 근본적으로 파동이 중첩의 원리를 따르기 때문에 일어난다. 양의 값과 음의 값을 가지는 파동이 벡터적으로 합성되어 지점에 따라 파동의 세기가 크게 달라지지만 합성되는 파동의 상대적인 위상이 일정하여 형성되는 세기의 분포가 일정한 경우를 말한다. 간섭은 두 가지로 나뉘는데, 두 파동의 각 파의 마루와 골이 엇갈리게 합성될 때 진폭이 0이 되어 파의 세기가 0이 되는 것이 상쇄간섭, 일치되게 합성될 때 하나의 파동에 비하여 진폭은 2배이지만 파의 세기는 4배가 되는 것이 보강간섭이다. 상쇄간섭에 의해 파동이 얼마나 완전히 사라지는가를 측정함으로써 결맞음의 정도를 알 수 있다. 진동수가 다른 두 파동이 합성될 때 생겨나는 맥놀이도 넓은 의미의 간섭이라고 할 수도 있다. 그러나 간섭 현상이 일어나기 위해 보통의 경우 진동수가 동일하고 그 위상 차이가 일정하게 유지되는 두 파 이상이 필요하며, 이러한 조건을 만족하는 파동을 가간섭성을 가진다고 한다.
슬릿의 폭이 커질수록 회절무늬는 어떻게 달라지는가?
을 통해 알 수 있듯이 슬릿 폭이 커질수록 x\'의 값은 작아져 무늬의 간격은 작아지고 슬릿 폭이 작아질수록 x\'의 값은 커져 무늬의 간격의 커지게 된다.
이중 슬릿에서 슬릿 사이의 간격이 커질수록 간섭무늬는 어떻게 달라지는가?
를 통해 알 수 있듯이 슬릿 사이의 간격이 커질수록 x는 줄어들어 간섭무늬의 폭은 작아지게 된다.
10. 참고 문헌 및 출처
1.일반 물리학 실험(제4판)
페이지/p.306~311(ch33. 슬릿에 의한 빛의 간섭과 회절)
저자/대학교 물리학교재편찬위원회
펴낸곳/청문각
2.일반물리학 실험실
3.일반물리학 Raymond A. Serway
4.https://ko.wikipedia.org/wiki/%EA%B2%B0%EB%A7%9E%EC%9D%8C
5.
http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=941228&cid=47338&categoryId=47338 (Basic 고교생을 위한 물리 용어사전, 2002. 4. 15. (주)신원문화사)
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  • 등록일2019.09.01
  • 저작시기2018.11
  • 파일형식한글(hwp)
  • 자료번호#1110115
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