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 lk между максимумами каждого порядка, а также tg jk. Найти jk и sin jk. 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
