일반물리학실험 | 슬릿을 이용한 빛의 간섭과 회절

 

 

 

TIP

 

 

레이저 광의 성질을 이용하여 단일 및 이중 슬릿에 관한 Fraunhofer 회절무늬로부터 빛의 성질인 간섭과 회절을 이해하고, 슬릿의 폭과 간격을 측정한다.

 

 

 

파동의 회절

파동의 파장과 비교될만한 크기의 장애물이나 구멍을 파동이 만나게 될 때에는 회절이라는 현상이 생긴다. 이 회절현상은 장애물의 위치에서 파동을 세분화하여 무한개의 파원을 만들며, 이들 파원이 진행하면서 서로 간섭하게 되면서 발생한다. 프레넬 회절은 장애물 근처에서의 효과이며, 프라운호퍼 회절은 장애물로부터 먼 거리에서 일어나는 효과를 기술한다.

파동이 진행 도중 장애물을 만나거나 좁은 틈을 지날 때 장애물의 뒷부분까지 파동이 전달되는 현상 을 파동의 회절이라 한다.

파동의 회절 현상은 호이겐스의 원리에 의해 설명 할 수 있다.

파동이 회절 하는 모양은 파동의 파장과 슬릿[틈]의 크기에 따라 다르다.

 

 

실험 방법

1. 장치 설치와 프로그램 사용법

1) 레이저 광이 센서이동드라이버에 수직으로 입사될 수 있도록 맞춘 다음 슬릿과 센서의 간격을 약 50㎝ 정도로 정하고 그 값을 광학대에 붙어 있는 자를 이용해 측정한다.

 

2) 이동드라이버에 장착된 광센서를 S-CA 서버의 후면 CH-A-조도에 연결한다. 전면의 CH-A 입력과 출력 단자를 연결하고 출력신호 선택스위치를 조도에 맞춘다.

 

3) 센서를 회절무늬가 나타나는 지점 근처로 이동시킨 후 I-CA 프로그램을 실행시켜 인터페이스 분석 - 데이터로그 보기 창을 연다. 이때 I-CA 프로그램을 실행시키기 전에 S-CA서버의 전원이 켜져 있어야 한다.

 

4) 데이터로그 보기 화면에서 시작버튼을 누른 다음 화면을 주시하면서 출력되는 신호의 관측을 최적화 시킨다. 화면의 최적화는 우측 하단에 있는 설정부분을 조절하면 된다.

 

5) 센서에 붙어있는 칼날 슬릿이 지나치게 많이 열려있지 않도록 적당히 나사를 돌려준다. 이 슬릿이 많이 열려 있을 경우 필요 이상의 빛이 관측되어 밝은 부분과 어두운 부분의 경계가 모호해지므로 오차의 원인이 될 수 있다.

 

2. 단일 슬릿

1) 단일 슬릿과 센서이동 드라이브를 이용해 단일 슬릿에 의한 회절 모양이 화면에 출력되는 가를 확인 한다.

 

2) 최적화가 끝나면 데이터로그보기 화면을 초기화하고, 센서이동 드라이버의 센서위치를 초기 위치에 위치하여 측정준비를 한다.

 

3) 데이터로그보기 화면의 시작 버튼을 누르고 센서이동드라이버를 이용하여 센서를 이동시킨다.

 

4) 결과값을 텍스트파일로 저장하고 엑셀 등의 프로그램을 이용해 그래프로 그린 다음 중앙의 밝은 지점을 기준으로 양쪽의 어두운 무늬(극소점) 사이의 시간 간격의 절반값을 읽는다.

 

5) 센서의 이동속력과 과정 4에서 구한 시간간격의 절반값을 곱하여 Y값을 계산한다.

 

6) 식을 이용해 슬릿폭 a을 구한다.

 

3. 이중슬릿

1) 슬릿을 이중 슬릿으로 바꾸어 화면을 확인하고 측정 준비를 한다.

 

2) 단일 슬릿에서와 같은 방법으로 측정하되, m번째 밝은 무늬까지의 거리 y를 찾아낸다.

 

3) 실험에 사용된 레이저의 파장을 이용하여 슬릿간격 d를 계산하여 구한다.

 

4) 실험시 슬릿의 면에 지문이 찍히지 않도록 주의하고, 슬릿은 매우 약하므로 떨어뜨리거나 손으로 휠 경우 파손 될 수 있으므로 취급에 각별히 주의한다.

 

5) 센서이동드라이버는 모터로 제어되고 있어 작동 중일 때 손가락 등의 신세부위가 낄 경우 매우 위험하므로 실험이 이루어지는 동안 안전사고가 발생하지 않도록 주의한다.

 

6) 일반물리학 교재에 보다 자세한 설명이 나와 있으니 참고하라.

 

 

 

[일반물리학실험] 슬릿을 이용한 빛의 간섭과 회절 레포트