Порядок выполнения работы

Упражнение №1. Исследование распределения интенсивности света в дифракционной картине от одной щели

1. Предварительно включите цифровой измерительный прибор, подсоединенный к фотодиоду, и через 10  15 минут запишите показание темнового напряжения U_т в таблицу 1, считая, что напряжение на выходе фотодиода пропорционально интенсивности света^*.

2. Установите рейтеры установки по схеме рис.7 на следующих отметках: лазер ~ 65 мм; регулируемая щель ~ 320 мм; экран (а затем фотодиод) 1000 мм.

3. Включите под наблюдением преподавателя или лаборанта лазер и проверьте наличие на экране дифракционной картины, представляющей собой чередующиеся яркие и тёмные полосы.

4. Установите с помощью микрометрического винта ширину щели b = 0,2мм.

5. С помощью винтов в основании рейтера 2 установите регулируемую щель так, чтобы лазерный пучок перекрывал щель и отражённые от корпуса щели лучи должны возвращаться в выходное отверстие лазера. При этом достигается наибольшая четкость дифракционной картины и на экране на расстоянии 9,0 мм от середины главного максимума должно быть не менее трех минимумов.

6. Уберите экран, установите вместо него рейтер с фотодиодом на отметке 1000 мм и с помощью микрометрического винта суппорта переместите фотодиод в крайнее левое положение, при котором обеспечивается максимальное показание измерительного прибора.

Занесите положение фотодиода (х = 0) и показание прибора в таблицу 1.

Таблица 1

Число четвертей оборотов винта	0	1	2	3	4	. . .	n
Положение фотодиода хi, мм	0	0,25	0,50	0,75	1,00		n0,25
Показание прибора Ui, мВ
Ui = (Ui - UТ), мВ*

7. Поворачивая винт суппорта каждый раз на оборота строго против часовой стрелки (без возврата), занесите в таблицу 1 показания цифрового прибора , мВ. Поворот винта на оборота определяется с помощью указателя, закрепленного на ручке винта, причем каждый поворот винта на оборота соответствует поперечному перемещению суппорта с фотодиодом на 0,25мм.

8. Число измерений по п. 7 должно быть не менее тридцати шести (n = 36), чтобы зафиксировать не менее трех минимумов.

Обработка результатов измерений упражнения №1

1. ^* Учитывая темновое напряжение (U_Т), вычислите значения , мВ для всех проделанных измерений и результаты занесите в таблицу 1.

2. По данным таблицы 1 определите координаты х_i, соответствующие минимумам и максимумам первого, второго, третьего порядков. Эти величины представьте в таблицу 2.

Таблица 2

	Главный max	min 1го порядка	max 1го порядка	min 2го порядка	max 2го порядка	min 3го порядка
хi , мм
Uφi , мВ
tg φi

3. С читая интенсивности света пропорциональными напряжению , постройте график распределения интенсивности в дифракционной картине для главного максимума, минимумов и максимумов 1^го, 2^го и 3^го порядков. Так как дифракционная картина симметрична относительно главного максимума (максимума нулевого порядка, т.е. центра картины), то достаточно построить одну ветвь графика , представленную на рис.8.

4. Определите отношение экспериментальных величин и сравните этот ряд с отношением теоретических значений интенсивностей главного (нулевого) и последующих максимумов, определяемых по формуле (5).

5. Рассчитайте тангенсы углов дифракции для минимумов и максимумов 1^го, 2^го и 3^го порядков по формуле

, (16)

где L  расстояние от щели до фотодиода (см.рис.7), равное для данного упражнения 680 мм;  положение фотодиода (см.таблицу 1) относительно центра картины.

Вычисленные значения tg φ_i занесите в таблицу 2.

6. Проверьте выполнение условия минимумов при дифракции на одной щели (4) по известному значению ширины щели b и найденным в п. 5 тангенсам углов дифракции φ_i.

7. Определите угловую ширину главного максимума из экспериментальных данных и сравните её с теоретическим значением, рассчитанным по формуле (6).

8. Проверьте выполнение условий дифракционных максимумов 1^го, 2^го и 3^го порядков, соответствующих углам дифракции, рассчитанным по уточнённым формулам:

и сравните их с экспериментальными значениями тангенсов углов φ_i, представленных в таблице 2.

9. Определите источники появления отклонения экспериментальных значений углов дифракции φ_i от теоретических.

Упражнение 2. Изучение зависимости угловой ширины центрального максимума от ширины щели и определение длины световой волны

1. Не меняя ширины щели (b = 0,2 мм, как в упражнении 1), найдите положение фотодиода, при котором показание измерительного прибора наименьшее, что соответствует минимуму первого порядка. Начальное положение фотодиода и показание прибора ( ) занесите в таблицу 3.

2. Вращая винт суппорта с фотодиодом строго на оборота (без возврата, как в упражнении №1), занесите в таблицу 3 показания измерительного прибора , мВ^*.

Измерение проводите до тех пор, пока прибор вновь не зафиксирует минимальное значение напряжения, соответствующее другому минимуму первого порядка ( ).

b = мм; = мВ. Таблица 3

Число четвертей оборотов винта	0	1	2	3	. . .	n
Положение фотодиода хi, мм
Показание прибора Ui, мВ
Ui = (Ui - UТ), мВ

3. С помощью микрометрического винта установите ширину щели 0,125мм и повторите эксперименты, как в пп. 1 и 2 данного упражнения. Результаты измерений занесите в таблицу, аналогичную таблице 3, но для ширины щели 0,125 мм.