Описание установки. Установка, на которой выполняется данная работа, состоит из источника света (газовый лазер), экрана с отверстием

Установка, на которой выполняется данная работа, состоит из источника света (газовый лазер), экрана с отверстием, дифракционной решетки и держателя, в котором можно укрепить либо щель с регулируемой шириной, либо проволочную нить в специальной оправе. Элементы установки располагаются на оптической скамье.

Обращаем внимание на то, что попадание в глаза прямого лазерного пучка опасно для зрения. При работе с лазером его излучение можно наблюдать только после отражения от рассеивающих поверхностей.

Задание 1

Включить лазер (с помощью лаборанта или преподавателя). На дальнем от лазера конце оптической скамьи установит экран с отверстием так, чтобы излучение лазера проходило сквозь отверстие. Между лазером и экраном (на расстоянии y = 100 см от экрана) установить дифракционную решетку так, чтобы ее плоскость была перпендикулярна лучу лазера. При этом на экране должна появиться дифракционная картина. Наложить на экран лист бумаги и отметить положение максимумов интенсивности. Измерив, расстояние между центральным максимумом порядка m = 0 и соседним максимумом первого порядка (m = 1), определить длину волны излучения лазера.

Задание 2

Установить между лазером и экраном с отверстием (на расстоянии
= 100 см от экрана) держатель с закрепленной в оправе проволочной нитью. При этом должна возникнуть дифракционная картина. Разворотом держателя добиться, чтобы картина была симметричной относительно отверстия экрана. Наложить на экран лист бумаги, проделав отверстие в его центре для входа лазерного луча, и отметить положения дифракционных максимумов на листе. Согласно теореме Бабине, дифракционная картина от нити и от щели, ширина которой равна диаметру нити, совершенно одинаковы. Следовательно, пользуясь этой теоремой, можно определить диаметр нити, хотя она недоступна для обычных измерений с помощью микрометра или штангенциркуля. Для этого в держатель вместо оправы с нитью установить щель регулируемой ширины. Наложив на экран лист с отмеченными дифракционными максимумами и вращая микрометрический винт щели, добиться совмещения всех максимумов от щели с соответствующими максимумами от нити. При этом ширина щели, определяемая по барабану микрометрического винта, будет равна диаметру нити. Полученные результаты из 5 независимых измерений и их усредненное значение занести в лабораторный журнал.

Задание 3

Убедиться в том, что при изменении ширины щели меняются расстояния между соседними дифракционными максимумами и минимумами на экране. Из опыта, а также из теории дифракции следует, что расстояние между двумя любыми соседними дифракционными максимумами равно расстоянию между двумя любыми соседними дифракционными минимумами. Расстояние называется шириной дифракционной полосы. Меняя ширину щели a и измеряя расстояние , построить график зависимости . Для построения графика необходимо взять результаты 10 различных измерений, соответствующих разным значениям ширины щели a. Для более точного определения целесообразно измерить расстояние между несколькими максимумами картины и с учетом их количества вычислить значение . Результаты измерений занести в лабораторный журнал. Объяснить, почему график зависимости имеет специфическую форму.

Содержание отчета

Отчет должен содержать схему установки, все основные формулы, описывающие дифракцию от щели и дифракционной решетки, а также расчетную формулу, по которой определялась длина волны излучения лазера. В отчете должны быть представлены результаты всех измерений и график зависимости .

Контрольные вопросы

1. В чем заключается явление дифракции света?

2. В чем заключается принцип Гюйгенса и как с его помощью можно качественно объяснить дифракцию света?

3. В чем заключается дополнение Френеля к принципу Гюйгенса?

4. В каких направлениях и почему наблюдаются max при дифракции от одной щели?

5. В каких направлениях и почему наблюдаются min при дифракции от одной щели?

6. В каком направлении наблюдается max нулевого порядка?

7. Чем отличается дифракционная картина от одной щели при освещении ее монохроматическим и белым светом?

8. Как устроена дифракционная решетка и что является ее периодом?

9. В каких направлениях и почему наблюдаются главные min при дифракции от многощелевой решетки?

10. В каких направлениях и почему наблюдаются главные max при дифракции от многощелевой решетки?

11. Как получить формулу для определения длины волны излучения лазера?

12. В чем заключается теорема Бабине?

13. Какое расстояние называется шириной дифракционной полосы?

14. Как меняется ширина дифракционной полосы при уменьшении или увеличении ширины щели? Почему имеет место именно такое изменение?

Поиск по сайту: