슬릿에 의한 간섭 및 회절

소개글

슬릿에 의한 간섭 및 회절에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1.실험이론
2.실험장비
3.실험방법
4.측정값
5.실험결과
6.질문및검토
7.토의및감상
8.참고문헌및출처

본문내용

기가 극소인 최초 두 점 사이 거리 y
-격자에서 스크린 까지의 거리(L=0.75m 로 모든 실험 동일)
Red
Green
y
5mm
0.41mm
파장 이론값
650nm
532nm
파장 측정값
668.7nm
562nm
오차
2.88%
5.64%
2) 실험2 - 슬릿의 간격구하기(이중 슬릿)
△y : 빛의 세기가 극소인 두 점 사이의 거리
Red
Green
△y
2.4mm
2mm
a
d
a
d
측정값
0.195mm
0.292mm
0.197mm
0.296mm
현미경
0.2mm
0.3mm
0.2mm
0.3mm
오차
2.5%
2.67%
1.5%
1.3%
3) 실험3 - data studio를 통한 그래프화
1번 단일슬릿 빨간색 레이저
1번 단일슬릿 녹색 레이저
1번 이중슬릿 빨간색 레이저
1번 이중슬릿 녹색 레이저
0.4 간격 슬릿 통과 빨간 레이저
0.4 간격 슬릿 통과 녹색 레이저
1번 슬릿
모양
2번 슬릿
모양
3번 슬릿
모양
4번 슬릿
모양
5번 슬릿
모양
6번 슬릿
모양
7번 슬릿
모양
8번 슬릿
모양
9번 슬릿
모양
10번 슬릿
모양
1번 슬릿
2번 슬릿
3번 슬릿
4번 슬릿
5번 슬릿
6번 슬릿
7번 슬릿
8번 슬릿
9번 슬릿
10번 슬릿
6. 토의 및 감상
이번실험의 첫 번째 실험에서 파장을 측정하는 실험이 있었다. 우리가 자주 알고 있던 라는 공식을 이용해서 측정한 값을 넣고 계산 하였을 때 실제로 측정된 파장값과 이론상으로 알려진 파장값의 오차범위는 2%~5%를 조금 넘어섰다. 녹색 레이저의 파장을 측정할 때 오차가 난 원인은 두 극소값의 거리인 y를 측정하는 데에 있어서 애매한 부분이 있어서 평균값을 계산해서 했는데 이때 평균으로 할때 두 개중의 한 개의 값이 잘못된 부분이 있어서 약간 오차가 크게 나온 것 같다.
두 번째로 한 실험은 슬릿과 슬릿사이의 간격을 구하는 실험이었다. 이번에는 실제로 저희가 현미경을 통해서 측정한 값과 실험을 통해 이루어진 간격d를 비교하는 것이었습니다. 두 번째 실험은 1%~2.5%정도의 오차범위를 가지고 있는 결과값을 얻었고 다소 정확하게 측정이 되는 것을 알 수가 있었습니다.
그리고 슬릿을 광원 앞에 두고 회절현상을 통해 위치에 따른 빛의 세기를 측정해보았습니다. 실험 결과에서처럼 data studio를 통해서 측정하고 표로 나타낸 결과 빛의 세기가 확실히 가우시안 형태로 가운데로 갈수록 밀집되어 있는 것을 알 수가 있었습니다. 1번 이중슬릿을 이용한 녹색레이저 실험에서 실험 중 gain을 실수로 Gain 조절을 잘하지 않아서 그래프 모양에서 꼭대기 부분이 잘린 것을 확인할 수가 있었습니다. 또한 같은 이중슬릿이라도 다른 형태의 이중슬릿의 형태를 비교해 볼수가 있었습니다. 0.4 간격의 이중슬릿의 경우에는 마치 그래프 모양이 델타 함수 모양으로 어느 특정한 구간에서 빛의 세기가 매우 강하고 주변 다른 곳에서는 빛의 세기가 매우 약한 것을 확인 할 수가 있었습니다.
그리고 이밖에 나머지 번호의 슬릿을 관찰하고 빛을 통과시켜본 결과 매우 다양한 빛의 회절무늬를 만들 수가 있다는 것을 알 수가 있었습니다. 그리고 10번 슬릿이 가장 사진이 선명하게 나왔는데 정말 깔끔한 빛의 회절 무늬를 볼 수가 있었다. 사각형 모양의 무늬를 통해서 저러한 것을 만드는 것이 신기했으며, 광학수업시간에 광학교수님이 CD를 이용해서 만든 회절무늬를 내가 직접 확인해 볼수가 있어서 감회가 새로웠다.
7.질의 및 응답
(1) 슬라이드 1의 단일 및 이중 슬릿의 폭(a)과, 이중 슬릿의 각 슬릿간의 거리(d)를 계산해 보시오.
y = 2.5mm L = 75cm
가 작을 경우 따라서
따라서 a = 1.95mm
(2) 슬라이드 10에서 직각 grating의 폭(a,b)을 계산해 보시오.
,
(3) 슬릿의 가로를 a, 세로를 b 라 할 때 슬라이드 1에서 a≪b 이고 슬라이드 2～4는 ab이다. 이 두 가지의 경우에 대해 관찰된 무늬를 비교해 보고 차이점에 대해 이유를 설명해 보시오.
슬라이드 1에서 나온 무늬를 관찰해보면 일직선으로 회절 무늬가 나타났으며 가운데로 갈수록 빛의 세기가 커지는 모습을 관찰 할 수가 있었다. 이와 달리 2~4번 슬릿의 경우는 어느 한축으로만 빛의 무늬가 나오는 것이 아닌 두 개의 축으로 나오는 빛의 무늬가 관찰되는 것을 알 수가 있었다. 이러한 차이가 나는 이유로는 슬라이드 1은 직사각형 구멍에 의한 프라운호퍼 회절로 생각을 해볼 수가 있다. a≪b라는 조건 때문에 x,y의 축이 있다면 a에 해당되는 축의 회절무늬는 상쇄가 되고 다른 축에 의한 회절만 나타나게 되는 것이다. 이와 다르게 2~4번 슬릿은 ab라는 조건을 가지고 있다. 이것은 어느 한쪽 방향의 축에 의해서 회절이 결정되는 것이 아니다. 즉 1번 슬릿과 다르게 상쇄가 일어나지 않으며 두 개의 직사각형 공간으로 회절무늬가 나오게 된다.
(5) 슬라이드 5～7은 원모양의 슬릿이다. 위의 (4)와 마찬가지로 그러한 무늬가 나타나는 이유를 설명해 보시오.
2~4번이 직사각형 구멍에 의한 프라운호퍼 회절이었다면 5~7번은 원형구멍에 의한 프라운호퍼 회절이라고 볼 수가 있다. 따라서 원형모양으로 회절무늬가 관측이 되는 것을 알 수가 있다. 원형구멍의 면적에 따라서 빛의 세기가 달라지는 것 또한 세밀하게 보면 알 수가 있다.
(6) 위의 생각들을 토대로 다음의 슬릿에 대한 회절 및 간섭무늬를 예측해 보시오.
(세로로 긴 타원형)
이러한 모양의 슬릿에서 회절과 간섭무늬는 세로로 길고 가로로 폭은 좁은 것을 알수 있다. a≪b이러한 조건으로 볼 수가 있을 것이며 따라서 가로축으로 회절무늬가 관측될 것이다 하지만 이것은 직사각형 모양이 아니므로 일직선상으로 무늬가 나오지 않으며 약간 굽은 타원 모양의 회절무늬가 관측될 것 같다.
8. 참고문헌 및 출처
Introduction to Optics, Pedrotti
Optics, Eugene Hecht
한국광산업진흥회 전자도서관
경상대학교 - 물리의 이해 http://physica.gsnu.ac.kr/
위키피디아 - http://ko.wikipedia.org
물리실험3 ( 광학실험 )
“슬릿에 의한 간섭 및 회절"
(결과보고서)

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물리실험,   광학실험,   실험보고서,   물리,   슬리,   간섭,   회절,   optics