4.3.2. Порядок выполнения работы

Работу выполняют в следующей последовательности:

1. Включить источник света.

2. Установить светофильтр.

3. Установить экран на расстоянии 10-15 см от источника света.

2. Установить дифракционную решетку на расстоянии I_} от экрана так, что бы на экране (глядя через дифракционную решетку) получалось четкое изоб­ражение центральной полосы и максимумов 1-го и 2-го порядков.

3. Измерить на экране расстояние - между серединами максимумов 1-го порядка; - между серединами максимумов 2-го порядка.

4. Установить дифракционную решетку на расстоянии и проделать ана­логичные измерения.

5. Поместить светофильтры и повторить пункты 4-6. Результаты всех из­мерений занести в таблицу.

8. Вычислить длину светлых волн по формуле: .

9. Найти погрешности для каждой серии измерений и сделать выводы по работе.

Примечания:

1. Расстояния , и устанавливаются по указанию преподавателя.

2. Можно выполнять работу без светофильтров, т.е. работать со спектрами (измерять расстояния между серединами соответствующих полос одинакового цвета).

Контрольные вопросы

1. Что такое дифракция света? Сформулировать принцип Гюйгенса-Френеля для дифракции.

2. В чем заключается метод зон Френеля расчета амплитуды волны?

3. Почему при дифракции на непрозрачном диске в центре картины всегда получается светлое пятно?

4. Чему будет равна амплитуда волны в центре картины ъ случае дифрак­ ции на круглом отверстии? Когда она равна нулю?

4.4. Лабораторная работа

Определение периода ифракционной решетки при помощи лазера

Цель работы: используя дифракцию лазерного излучения, определить период дифракционной решетки.

Приборы и принадлежности: лазер, дифракционная решетка, оптическая скамья, экран со шкалой для наблюдения дифракционных полос.

4.4.1. Описание экспериментальной установки и метода

Установка для определения периода дифракционной решетки принципи­ально ничем не отличается от описанной в работе 4.3, только в качестве источ­ника монохроматического света применяется газовый лазер. Лазерное излучение обладает следующими свойствами: 1) монохроматичностью мощного излучения; 2) когерентностью светового потока; 3) острой угловой направленностью излуча­емого лазером светового пучка

Эти свойства позволяют применить лазерный пучок в ряде измерений без предварительной его коллимации (в частности, в опытах с дифракционной ре­шеткой).

На экране наблюдается ряд дифракционных максимумов в направлениях, удовлетворяющих условию:

(1)

Отсюда:

(2)

Для m = l,2 можно считать , для более высоких порядков надо определять вначале , а затем уже .

2. Порядок выполнения работы

Работу выполняют в следующей последовательности:

1. Включить лазер

2. Установить дифракционную решетку на расстоянии 10-15 см от выходно­го окна лазера перпендикулярно к оси светового пучка, выходящего из лазера. Для этого нужно путем вращения подставки, несущей решетку, привести световой блик, отраженный назад к лазеру от плоскости решетки, точно на середину выход­ного окна лазера, т.е. добиться совпадения выходящего из лазера светового пучка с его отражением от плоскости решетки.

3. Установить экран на расстоянии £ от дифракционной решетки строго перпендикулярно к оси первичного светового пучка лазера. Для этого, вращая экран вокруг вертикальной оси, надо получить симметричное расположение диф­ракционных спектров положительных и отрицательных порядков относитель­но спектра нулевого порядка.

4. Измерить на экране расстояние X между дифракционными максимума­ми различных порядков (1-го; 2-го; 3-го и т.д., вплоть до самых высоких, види­мых на экране) (см. рис. 1, б)

5. Результаты всех измерений занести в таблицу.

6. Изменить расстояние и повторить измерения.

7. Определить значение j и d для каждого измерения.

8. Определить среднее значение d, оценить погрешности.

9. Сделать выводы по работе.

Примечания:

Значение задается преподавателем.

Вследствие высокой когерентности лазерного пучка на экране, кроме главных максимумов, наблюдается много побочных (если решетка и экран пра­вильно выставлены). Для измерений надо выбрать самые яркие полосы соответ­ствующих порядков.

Контрольные вопросы

1. Объясните, как происходит дифракция на одной щели. Условия макси­мума и минимума.

2. Как происходит перераспределение потока световых волн на дифракци­онной решетке?

3. Дать обоснование: а) условию главных минимумов; б) условию главных максимумов; в) условию дополнительных минимумов при дифракции на решет­ке.

4. Как изменится дифракционная картина, если закрыть половину решет­ки?

5. Вывести рабочую формулу для расчета длины волны (или периода ре­шетки).