Задания и указания к их выполнению. Задание 1.1. Исследовать картину дифракции Фраунгофера на щели; проверить, как зависит распределение освещенности в дифракционной картине от ширины щели

Задание 1.1. Исследовать картину дифракции Фраунгофера на щели; проверить, как зависит распределение освещенности в дифракционной картине от ширины щели, от размеров источника света и от спектрального состава излучения.

При выполнении этого задания в качестве источника излучения использовать лампу накаливания. Установить на оптической скамье осветитель с лампой накаливания и линзу . Закрепить на предметном столике систему «входная щель – коллиматор». Включить питание лампы.

Внимание: регулировать напряжение питания во избежание перегорания лампы категорически воспрещается!

Установить на предметном столике блок, содержащий одиночную щель и тонкую проволоку. Сфокусировать нить накала лампы на входную щель. При этом перемещением линзы в вертикальном и горизонтальном направлениях добиться того, чтобы из коллиматора выходил однородный параллельный пучок круглого сечения. Установить на оптической скамье за предметным столиком объектив и систему окуляр-измеритель. Выставить их по оптической оси. Ввести в пучок, выходящий из коллиматора, одиночную щель и, перемещая окуляр-измеритель вдоль скамьи, получить четкое изображение дифракционной картины. Исследовать, как вид дифракционной картины зависит от ширины щели , размера источника (ширины входной щели ) и перемещения щели. Выставить заданную ширину щели и с помощью окуляра-измерителя определить ширину центрального максимума в дифракционной картине. Измерения выполнить для двух значений и двух значений . Зарисовать получающиеся дифракционные картины и зафиксировать результаты измерений.

Задание 1.2. Исследовать картину дифракции Фраунгофера на двух щелях.

Заменить одиночную щель на две параллельные щели. Последние представляют собой одиночную щель, по середине которой натянута проволочка толщиной 0,1 мм. Следовательно, промежуток между щелями имеет размер 0,1 мм. Поэтому, сделав общую ширину щели равной 0,3 мм, получим две параллельные щели шириной 0,1 мм, разделенные таким же промежутком. Исследовать дифракционную картину на двух щелях шириной 0,1 мм. Убедиться, что в этом случае в пределах центрального максимума в картине дифракции от одной щели той же ширины появляются два дополнительных максимума, обусловленных интерференцией волн, дифрагирующих от соседних щелей. Зарисовать дифракционную картину.

Задание 1.3. Исследовать картины дифракции от круглого и прямоугольного отверстий.

На предметном столике вместо блока щелей установить блок, содержащий экраны с круглым и прямоугольным отверстиями. Перемещая окуляр-измеритель, получить четкое изображение картины дифракции на круглом отверстии, а затем и на прямоугольном, измерить ширину центрального максимума в картине дифракции на круглом отверстии. Зарисовать картины дифракции.

Задание 1.4. Исследовать картины дифракции на одной щели и на тонкой проволоке, образующиеся при использовании в качестве источника гелий-неонового лазера.

Внимание: лазер питается высоковольтным напряжением, поэтому касаться лазера и источника питания нельзя! Лазерное излучение опасно для глаз, поэтому ни в коем случае нельзя направлять излучение лазера в глаз человека!

Установить на оптической скамье вместо осветителя и осветительной линзы лазер. Выставить его таким образом, чтобы лазерный пучок распространялся вдоль оптической оси. Включить лазер. Получить картины дифракции на вышеуказанных препятствиях, зарисовать их.

Задание 1.4.1. Измерить длину волны генерации гелий-неонового лазера.

Установить в пучок излучения лазера одиночную щель. Выставить определенную ширину щели , наблюдать дифракционную картину и измерить ширину центрального максимума. Рассчитать длину волны генерации лазера по формуле , где – линейный размер половины центрального максимума; – ширина щели; – расстояние от щели до экрана.

Измерения и расчеты выполнить для трех значений . Определить среднее значение длины волны.

Задание 1.4.2. Измерить диаметр тонкой проволоки.

Установить в пучок излучения лазера токую проволоку, наблюдать дифракционную картину. Измерить ширину центрального максимума. Рассчитать диаметр тонкой проволоки, полагая, что длина волны излучения лазера .

Содержание отчета

В отчете следует представить:

1. Схемы измерений.

2. Результаты измерений и расчетов.

3. Рисунки дифракционных картин.

1.5. Контрольные вопросы

1. Объясните явление дифракции Фраунгофера.

2. Поясните основные особенности картины дифракции при немонохроматическом и протяженном источнике света.

3. Каковы особенности картины дифракции от одной щели и от двух параллельных щелей?

4. Каковы особенности картины дифракции на круглом и прямоугольном отверстиях?

5. Изобразите оптическую схему измерительной установки, объясните назначение ее элементов и особенности использования лазера в качестве источника света.

6. Как можно определить геометрические размеры препятствий и длину волны генерации лазера на основе экспериментального исследования дифракционной картины?

Список рекомендуемой литературы

Бутиков Е. И. Оптика. М.: Высш. шк., 1986.

Матвеев А. Н. Оптика. М.: Высш. шк., 1985.

Евтихиев Н. Н. Информационная оптика. М.: Изд-во МЭИ, 2000.

Поиск по сайту: