Порядок розрахунків.

1. Розрахувати c²N² , побудувати графік залежності c²N² = f(m).

2. Визначити тангенс кута нахилу прямої до осі х і розрахувати радіус кривизни лінзи, використовуючи (5.65).

3. Провести “найкращу пряму”, використовуючи рекомендації розділу «Вступ». Визначити середнє значення і його середньоквадратичну похибку.

4. Розрахувати R і R з одержаного значення а і _а.

5. Порівняти одержані результати графічної і розрахункової обробки даних.

Лабораторна робота № 5.5 „Хвильові властивості світла. Дифракція”.

Мета роботи : вивчити особливості дифракції на щілині і решітці, як проявлення хвильових властивостей світла, визначити довжину світлової хвилі в дослідах з

дифракційною решіткою.

Явище дифракції виникає коли фронт хвилі частково екранований. Явище дифракції завжди супроводжується явищем інтерференції (інколи кажуть, що дифракція –

це багатопроменева інтерференція світла). Обидва ці явища підтверджують хвильову природу світла. Дифракцією називається відхилення світла від прямолінійного розповсюдження при порушенні фронту хвилі в однорідному середовищі, в наслідок чого світло, яке обводить перешкоду, попадає в область геометричної тіні.

Принцип Гюйгенса-Френеля дозволяє, знаючи напрямок розповсюдження хвилі і положення фронту хвилі в момент часу t, побудувати хвильовий фронт в наступний момент t + t. Він стверджує, що, відповідно принципу, кожна точка фронту стає джерелом вторинних хвиль, при цьому вторинні хвилі, будучи когерентними, гасять одне одного у всіх напрямках, окрім напрямку руху початкового фронту. Коливання зберігаються лише на зовнішній обвідній вторинних хвиль. Ця обвідна – новий хвильовий фронт (див. рис.5.13).

На рис.5.13в видно, як , у відповідності з принципом Гюйгенса-Френеля, фронт хвилі заходить за перешкоду. Дифракцію прийнято розраховувати користуючись зонами Френеля. Зонами Френеля називаються сусідні ділянки фронту, різниця ходу променів з яких до точки спостерігання дорівнює /2.

1 . Дифракція від однієї щілини. Нехай на щілину шириною d падає плоска хвиля. Невідхилений пучок після проходження щілини збирається лінзою, даючи нульовий максимум. Якщо відхилення відбулось на кут , то тоді, побудувавши фронт хвилі, яка пройшла, можна визначити різницю ходу між променями  = d sin (рис.5.14).

В тому випадку, коли в різниці ходу укладається парне число зон Френеля, вони погасять одне одного (так як різниця ходу від двох зон дорівнює /2), одержимо мінімум. Якщо число зон Френеля буде непарним, одержимо максимум (більш слабкий порівняно з центральним). Інтенсивність максимумів (0, 1, 2, 3, ...) буде різною в залежності від віддалення від центру.

Отже, для щілини виконується умова:

- мінімум , (5.66)

- максимум, k = 1, 2, 3,. (5.67)

2. Дифракція від двох і більше щілин. При проходженні пучка через дві щілини одержимо два когерентних пучки світла, тому будемо спостерігати:

а) дифракцію світла на кожній із щілин,

б) інтерференцію від пучків, які проходять через кожну із щілин.

З’являться додаткові максимуми і мінімуми, пов’язані з інтерференцією (рис.5.15):

максимум, (5.68)

мінімум. (5.69)

При збільшенні числа щілин число додаткових мінімумів буде збільшуватись, при цьому скорочується ширина світлих проміжків. Головні максимуми стають яскравішими, так як збільшується число щілин, частина дифракційних максимумів зникає з-за накладання

і нтерференційних мінімумів. При спостереженні в складному світлі максимуми забарвлені (фіолетовий ближче до нульового, ніж червоний).

3. Дифракційна решітка є сукупністю великого числа паралельних смуг, розділених однаковими проміжками. Решітки бувають прозорі і відбивні. Сталою решітки d називається ширина світлого і темного проміжку, якщо N – число штрихів на одиницю довжини, то d = 1/N. При проходженні світла через решітку спостерігається і явище дифракції на кожній щілині , і явище інтерференції між пучками, які пройшли через щілини. Умови максимумів і мінімумів визначаються інтерференцією:

максимум, (5.70)

мінімум, k = 0, 1, 2, 3 (5.71)

Дифракція проявляється в тому, що максимумам притаманна різна інтенсивність, при чому різниця тим більша, чим більше період решітки.

Експериментальна установка складається з оптичної лави, на якій закріплена дифракційна решітка, джерела світла, екрана з базовими лініями і щілиною, набору світлофільтрів.

Практичне виконання роботи: Для проведення експерименту слід ввімкнути джерело світла, установити досліджувані світлофільтри, пересуваючи дифракційну решітку вздовж лави, одержати суміщення максимумів 1, 2, 3 порядків з базовими лініями, відмітити відстань z між решіткою і екраном. Дані занести до таблиці:

k = 1			k = 2
2х1 =			2х1 =
	z	x/z	z	x/z
х1 =
2х2 =			2х2 =
	z	x/z	z	x/z
х2 =

Вимірювання проводяться тричі для кожного видимого max в спектрі і кожної пари базових ліній (2х_і). Стала дифракційної решітки задана.