Порядок выполнения работы. 1. Измерить фокус линзы F

1. Измерить фокус линзы F. Для этого установить на оптической скамье лазер, линзу и экран (рис.7.4). Включить лазер. Перемещая экран, найти такое его положение, при котором сечение светового луча было бы минимальным. В этом случае расстояние между линзой и экраном является фокусным расстоянием линзы F. Результаты измерения F записать в таблицу 1.

Таблица 1.

№ п.п.	F, мм
Сред. значение

 

 

2. Определить угол пересечения лучей, прошедших бипризму Френеля (угол ψ). Для измерения угла ψ, нужно установить рядом с лазером бипризму и на максимальном удалении от неё экран (рис. 7.5). Включить лазер и проследить, чтобы его луч попадал на ребро бипризмы.

Измерить штангенциркулем расстояние l ₁ между световыми пятнами, которые наблюдаются на экране. Затем сместить экран на расстояние ∆L и вновь измерить расстояние между световыми пятнами(l ₂). Считая угол ψ малым, по формуле

(7.3)

найти его величину. Измерение повторить пять раз. Результаты занести в таблицу 2.

Рис.7.5.

 

 

Таблица 2

№ п.п.	l 1, мм	l 2, мм	∆ L, мм
				<ψ> =

3. Установить линзу так, как показано на рис.7.6, повернув ее патрубком к призме. Экран установить на возможно большем удалении от линзы и закрепить на нём лист миллиметровой бумаги. Наблюдать на экране интерференционные полосы Измерить расстояние a между линзой и экраном.

4. Измерить расстояние между соседними интерференционными полосами. Для этого сосчитать число полос n приходящихся на некоторую длину l миллиметровой бумаги (1 – 2 см). Тогда Δ х = l/n. Результаты занести в таблицу 3.

 

Таблица 3

Фокус линзы F = …., угол между лучами, выходящими из бипризмы Френеля ψ = …., <λ> = ….

№ п.п.	а, мм	l, мм	n	Δ х, мм	λ, нм

5. Принимая во внимание формулы (7.2) и (7.3), вычислить

.

6. Изменяя положение экрана, повторить пункты 4 и 5 пять раз. Результаты записать в таблицу 3. Рассчитать погрешность полученных результатов.

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Сущность явления интерференции волн.

2. Особенность получения когерентных источников в оптике.

3. Условия возникновения максимумов и минимумов освещённости при интерференции.

4. Ход лучей в бипризме.

5. Вывод расчетной формулы для длины световой волны

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8

ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ ДИФРАКЦИИ СВЕТА

С ПОМОЩЬЮ ДИФРАКЦИОННОЙ РЕШЕТКИ

 

Цель работы: изучить явление дифракции в монохроматическом свете при помощи дифракционной решетки и щели.

Приборы и принадлежности: лазер, дифракционная решетка (или щель), измерительная линейка и экран.

 

Сведения из теории

Подробно теоретические сведения для данной лабораторной работы изложены в разделе 4.2.3. Дифракция. Принцип Гюйгенса – Френеля (стр. 243-253 данного учебного пособия).

Описание установки

Схема экспериментальной установки представлена на рис. 8.1, где: 1- оптическая скамья, 2 - источник света - лазер, 3 - рейтер для установки дифракционной решетки (или щели) 4; 5 - рейтер для установки экрана 6.

Так как в нашем случае в качестве источника света используется лазер, дающий когерентный строго параллельный малого сечения пучок света, то в установку нет необходимости вводить линзы, которые обычно ставят впереди и позади дифракционной решетки. Дифракционная картина получается четкой и при сравнительно небольшом расстоянии экрана до дифракционной решетки.

На рис. 8.2 сплошными линиями показаны лучи, дающие на экране в результате интерференции максимумы.

 

Порядок выполнения работы

1. Определение длины световой волны лазерного луча

1.1. Ознакомиться с установкой.

1.2. Дифракционную решетку вставить в рамку рейтера 3.

1.3. Включить лазер в сеть.

1.4. Направить луч лазера на дифракционную решетку и, передвигая вдоль скамьи рейтер 3, установить его в таком месте, чтобы дифракционная картина была четкой и, по возможности, занимала бы большую часть шкалы.

1.5. По шкале произвести отсчет координат х _л и х _п одномерных максимумов всех порядков слева и справа от нулевого максимума. Результаты занести в таблицу.

1.6. Измерить с помощью линейки расстояние L между дифракционной решеткой и плоскостью экрана. Выписать с дифракционной решетки значение постоянной решетки d.

1.7. Вычислить расстояние l_k между максимумами каждого порядка, а также tg j_k. Найти j_k и sin j_k. Результаты занести в табл. 1.

1.8. По формуле (см. 4.41 стр. 250) вычислить длину волны l лазерного луча по данным для каждого порядка максимумов и среднее значение длины волны < l >.

	d =, L =
Поря-док макси- мумов	х п	х л	lk = х п -х л	tg j k =	j k	sin j k
. .

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Дифракция света.

2. Принцип Гюйгенса - Френеля.

3. Метод зон Френеля.

4. Дифракция света на одной щели. Условия максимума и минимума.

5. Как выглядит дифракционная картина от дифракционной решетки. Условия максимума. Как меняется картина с увеличением числа щелей.

6. Сравнить дифракционную картину от решетки в монохроматическом и белом свете.

7. Какими величинами характеризуют качество дифракционной решетки?

8. Что такое угловая (линейная) дисперсия дифракционной решетки. Как ее вычислить?

9. С чем связана необходимость введения “разрешающей силы” дифракционной решетки. Что это такое?

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА№ 9