Вариант 1

4. Изучение дифракции света

4.1. Описание рабочей установки

Установка, на которой выполняется задание, включает в себя (рис. 4.9): 1 – оптическую скамью, снабженную измерительной линейкой; 2 – газовый лазер, который закреплен неподвижно; 3 – коллиматор (держатель, в который помещают экран с вертикальной щелью или дифракционную решетку); 4 – экран с горизонтально расположенной миллиметровой шкалой.

2

3

4

1

Рис. 4.9. Схема экспериментальной установки

4.2. Изучение дифракции монохроматического света на одной щели

В данной лабораторной работе изучается дифракция Фраунгофера, получающаяся при прохождении пучка монохроматического света через узкую щель. В ходе эксперимента исследуется дифракционная картина, определяется пространственное положение дифракционных максимумов, а также анализируется зависимость расстояния дифракционного максимума до середины щели от его порядкового номера.

1. Соберите установку по схеме, изображенной на рис. 4.9.

2. Включите лазер.

3. Установите на пути лазерного луча держатель щели так, чтобы плоскость экрана была перпендикулярна лучу.

4. Получите на экране дифракционную картину. Добейтесь наибольшей четкости картины смещением щели вдоль луча. Опишите, как влияет такое смещение щели на дифракционную картину (кроме изменения четкости изображения).

5. Проведите качественные наблюдения дифракционной картины, изменяя ширину щели. В частности, установите, появляются ли новые максимумы или происходит перераспределение интенсивности в дифракционной картине, изменяется ли расстояние между максимумами? Опишите отмеченные изменения дифракционной картины.

6. Сместите щель в боковом направлении на некоторое расстояние. Приводит ли сдвиг щели к сдвигу дифракционной картины? Объясните это явление.

7. Для заданной ширины щели, при которой формируется четкая дифракционная картина, определите расстояние от середины дифракционной картины до первого, второго, третьего и т. д. максимумов. Для этого измерьте расстояние между главными максимумами (левым и правым) первого, второго, третьего и т. д. порядков. Каждое измерение повторите 3 раза. Результаты занесите в табл. 4.1.

Таблица 4.1

Порядок максимума	, мм			, мм
	1	2	3

8. Изобразите полученные результаты на графике, откладывая по оси абсцисс порядок максимума, а по оси ординат – его расстояние от середины дифракционной картины. Прокомментируйте полученную зависимость.

4.3. Изучение дифракции монохроматического света на дифракционной решетке

В данной работе изучается дифракция Фраунгофера на дифракционной решетке с различным числом параллельных щелей в монохроматическом свете. В ходе эксперимента проводится наблюдение за изменением дифракционной картины при увеличении количества щелей в дифракционной решетке.

1. Соберите установку по схеме, изображенной на рис. 4.9, заменив экран с одной вертикальной щелью 3 на дифракционную решетку с двумя щелями, затем с четырьмя щелями и т. д.

2. Для каждой дифракционной решетки получите на экране 4 четкую дифракционную картину.

3. По мере увеличения количества щелей опишите изменения, которые происходят с дифракционной картиной, наблюдаемой на экране. При описании особое внимание обратите на то, как увеличение числа щелей влияет: а) на местоположение главных максимумов; б) расстояние между главными максимумами; в) интенсивность максимумов.