일반물리학실험 - 빛의 성질(편광 및 간섭과 회절)(예비, 결과)

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일반물리학실험 - 빛의 성질(편광 및 간섭과 회절)(예비, 결과)에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

07
0.013
0.022
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0.110
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0.6
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9.6
1.8
16.6
(mm)
0.048
0.049
0.046
0.047
0.051
0.049
0.001
0.000
0.003
0.001
0.002
0.001
%
20.0
22.5
15.0
17.5
27.5
22.5
(3) 슬릿3 : 슬릿간격 슬릿폭
회수
1
2
3
4
5
6
110
95
80
65
50
35
(mm)
0.547
0.539
0.578



0.022
0.019
0.009



%
9.4
7.8
15.6



(mm)
0.093
0.086
0.091
0.092
0.086
0.096
0.000
0.003
0.001
0.001
0.003
0.006
%
16.25
7.5
13.75
15.0
7.5
20.0
측정한 값들과 오차를 보면 비교적 정확하게 측정되었지만, 슬릿과 스크린 사이의 거리 가 클수록 오차는 증가하는 경향을 보인다. 이것은 실험식을 유도 할 때, 슬릿과 스크린 사이의 거리가 멀다고 가정했기 때문이다.
7. 질문 및 토의
(1) 가간섭성이란 무엇인가?
2개의 파동이 서로 간섭할 수 있는 성질. 간섭성코히어런시코히어런트성으로도 부른다. 진동수가 작은 음파나 전기진동에서는 평균을 잡는 사이에 비교적 소수의 파동 밖에 포함되지 않기 때문에 진동수가 다른 것 사이에서도 간섭에 의한 맥놀이를 볼 수 있으나 전자기파 등에서는 진동수가 거의 같은 파동에 한하며 위상차가 일정하게 유지되어 적어도 어느 정도의 시간은 진폭이 일정한 합성진동을 하는 경우에 가간섭성을 가진다. 유도방출에 의한 레이저 등의 빛은 정류상태에서는 이 조건이 일반적으로 만족되지만 원자분자의 자연복사에서는 짧은 시간 동안만 일련의 근사적 사인파를 방출하고, 방출은 단속적이며 각기의 위상배치는 불규칙하기 때문에 일련의 파동만이 간섭성을 가진다. 그 계속시간은 1초 정도 이하이며 스펙트럼선의 폭이 좁을수록 길다. 따라서 다른 광원에서의 빛은 물론, 같은 광원의 빛을 2개로 나누어 일정한 위상차를 갖게 한 것에서도 광행로차가 크면 간섭성이 없다. 그 한계는 수은의 초록색선에 관하여 최대 130㎝이며, 이 한계 안에서도 서로 수직으로 진동하는 편광만을 뽑아 합성하면 본래의 빛이 편광이었을 경우 이외는 간섭이 일어나지 않는다. 기체 레이저의 경우는 원리적으로 한계가 없다.
(2) 회절무늬 강도가 0일 조건 식(6)을 증명하시오.
아래 그램에서 우선 슬릿을 같은 폭 를 갖는 두 영역으로 나누어 생각해보자. 은 위쪽 영역의 꼭대기점에서 까지의거리이고 는 아래쪽 영역의 꼭대기 점에서 까지의 거리라고 하자. 또 중심축은 슬릿의 중점에서 스크린 와 까지의 연장선이며 점 은 우심축과 의 각을 이루고 있다고 하자.
빛살 과 의 두 파동은 슬릿을 통과하는 순간에는 동일 파면 위에 있으므로 슬릿 위치에서는 같은 위상을 갖고 있다. 그러나 빛살 는 빛살 에 비해 에 도달하기 위해 더 긴거리를 진행해야 하므로 에 도달하는기 위해 더 긴 거리를 진행해야 하므로 에 도달할 때에는 두 파동사이의 위상은 서로 만큼 다르게 된다. 에서의 도 파동 사이의 이와 같은 위상차는 두 파동 사이의 결로차에 기인하며 이 경로차는 빛살 의 직선상에서 빛살 의 거리와 같은 점 를 찾아 비교해 보면 쉽게 알 수 있다. 따라서 두 빛살의 경로차는 슬릿의 중심에서 점 까지 의 거리이다.
슬릿과 스크린 사이의 거리 가 슬릿의 폭 에 비해 대단히 큰 경우 두 빛살 과 는 모두 중심축에 대해 의 각도로 평행하게 된다. 따라서 점 와 mfflt의 꼭대기 점 및 슬릿의 중점이 만드는 삼각형은 한 내각이 인 직각삼각형으로 근사될 수 있으며, 따라서 경로차는 와 같다.
이와 같은 분석으로 두 영역에 있는 한 쌍의 동등한 두점에서 점 까지 연장시키는 어느 임의의 두 빛살에 대해서도 적용될 수 있다. 그러한 한 쌍의 빛살들도 모두 같은 경로차 를 갖게 된다. 이 공통의 경로차를 로 놓으면 다음과 같아진다.
그런데 문제에서 슬릿의 폭이 였으므로 이다. 증명끝
(3) Fraunhofer 회절에 대해 간단히 설명하시오.
빛의 회절에는 평행광으로 한정된 거리에서 회절을 일으키는 프레넬회절과 무한히 먼거리에서 회절을 일으키는 프라운호퍼회절이 있다. 프레넬회절이 무한히 멀어지면 프라운호퍼회절에 가까워 진다.
8. 결론 및 검토
파장이 인 다이오드 레이저를 사용하여 이중슬릿에서 슬릿의 폭과 간격을 측정하였다. 비교적 적은 오차로 측정되었지만, 거리 가 가까울수록 오차는 커지는 경향을 보인다.

키워드

일반물리학실험,   빛의 성질,   편광 및 간섭과 회절