Лабораторная работа 3 Определение параметров дифракционной решетки

Цель:		определение постоянной дифракционной решетки, ее разрешающей способности.
Оборудование: лазер, дифракционная решетка, экран.

Порядок выполнения работы

Задание 1. Определение постоянной дифракционной решетки.

1. Расположить на оптической скамье исследуемую дифракционную решетку на расстоянии L от экрана (расстояние L задается преподавателем).

2. Измерить расстояния l₁, l₂, l₃ между нулевым максимумом и максимумами 1, 2 и 3-го порядков (см. рисунок).

3. Определить постоянную дифракционной решетки для трех первых максимумов:

 = 630 нм  длина световой волны; l_m  расстояние от нулевого до m-го максимума (m = 1, 2, 3).

4. Вычислить среднее значение постоянной решетки:

d_ср = (d₁ + d₂ + d₃) / 3 =

5. Определить относительную погрешность измерения постоянной решетки по формуле:

∙100 % =

где d_ист = 10^5 м  истинное значение постоянной решетки.

6. Вычислить абсолютную погрешность измерения постоянной решетки по формуле:

d = d∙ d_ср =

7. Результат записать в виде: d = d_ср  d.

d = (  ) м.

Задание 2. Определение разрешающей способности.

1. Измерить длину рабочей части дифракционной решетки l₀ (в качестве которой принят диаметр светового пятна на дифракционной решетке).

l₀ =

2. Вычислить количество работающих щелей N по формуле:

N = l₀ / d_ср =

3. Рассчитать разрешающую способность R по формуле:

R = m N =

где m  порядок максимума, который еще виден на экране.

4. Рассчитать максимальную разрешающую способность по формуле:

R_max = S /  =

где S  ширина дифракционной решетки.

Контрольные вопросы

1. В чем состоит явление интерференции?

2. Какие волны называются когерентными?

3. Какие волны называются монохроматическими?

4. Определите условия максимума и минимума интерференции.

5. В чем состоит явление дифракции? Границы применимости законов геометрической оптики.

6. Что такое дифракционная решетка?

7. Что такое постоянная дифракционной решетки, разрешающая способность?

Лабораторная работа 4 Определение длины световой волны с использованием дифракционной решетки

Цель:		изучение дифракционной решетки, определение с ее помощью длины световой волны.
Оборудование: осветитель, дифракционная решетка, экран.

Белый свет, прошедший через дифракционную решетку, образует на экране систему максимумов. Причем в образовании максимума нулевого порядка (m = 0) участвуют все длины волн, идущие от источника, поэтому данный максимум является белым пятном. Остальные максимумы оказываются растянутыми так, что внутренний их край (ближний к середине экрана) окрашен в коротковолновый фиолетовый цвет, а наружный  в длинноволновый красный (см. рисунок).

Порядок выполнения работы

1. Включить осветитель и установить дифракционную решетку на расстоянии L от экрана (расстояние L задается преподавателем).

2. Измерить на экране расстояния l₁ и l₂ от центра максимума нулевого порядка до максимумов 1-го и 2-го порядков красного, зеленого и фиолетового цветов. При этом удобно измерять расстояния между двумя максимумами 1-го и 2-го порядков 2l₁ и 2l₂ и делить их на 2. Результаты занести в таблицу.

Цвет	Порядок максимума	L, м	lm, м	, нм	ср, нм	, нм	, %
Красный	m = 1
	m = 2
Зеленый	m = 1
	m = 2
Фиолетовый	m = 1
	m = 2

3. Вычислить длины волн красного, зеленого и фиолетового цветов для каждого порядка максимума.

Красный:

Зеленый:

Фиолетовый:

где d = 10^5 м  постоянная решетки.

4. Рассчитать относительные погрешности определения длин волн.

Красный:

 = l/l₁ + L/L =

Зеленый:

 = l/l₁ + L/L =

Фиолетовый:

 = l/l₁ + L/L =

где l — половина ширины максимума первого порядка; L — половина наименьшего деления линейки, с помощью которой измеряют расстояние L.

5. Рассчитать абсолютную погрешность длины волны.

Красный:

 = _ср  =

Зеленый:

 = _ср  =

Фиолетовый:

 = _ср  =

6. Результат определения длин волн каждого из цветов представить в виде:

 = _ср  .

Красный:  = (  ) нм.

Зеленый:  = (  ) нм.

Фиолетовый:  = (  ) нм.

Контрольные вопросы

1. Сформулируйте принципы Гюйгенса и Френеля.

2. В чем заключается явление дифракции?

3. Сформулируйте условия максимума и минимума для дифракционной решетки.

4. Объясните наблюдаемый в эксперименте порядок расположения цветов в максимумах.

5. Почему максимум нулевого порядка имеет белый цвет?