Требования по технике безопасности

При выполнении работы необходимо:

1) внимательно ознакомиться с заданием и оборудованием;

2) проверить заземление лабораторной установки и изоляцию токоведущих проводов, о замеченных неисправностях немедленно сообщить преподавателю;

3) не направлять луч лазера в глаза;

4) не загромождать рабочее место посторонними предметами;

5) по окончании работы выключить установку, отсоединив токоведущие провода от электрощитка, и привести в порядок рабочее место.

Выполнение работы

3.4.1. Определение длины волны излучения лазера

1) установить на оптическую скамью дифракционную решетку перпендикулярно к оси светового луча, выходящего из лазера. Для этого, поворачивая дифракционную решетку вокруг вертикальной оси, добиться, чтобы световой блик, отраженный от решетки назад к лазеру, попал на середину выходного луча лазера, т.е. чтобы падающий и отраженный луч совпали;

2) измерить расстояние 2х между первыми дифракционными максимумами на экране при различных расстояниях l между решеткой и экраном (рис. 2.4) (расстояние определять по шкалам, нанесенным на экран и оптическую скамью). Провести, если возможно, те же измерения для максимумов второго и третьего порядка. Данные занести в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Учитывая (2.14) и (2.22), вычислить длину волны λ по формуле

, (2.24)

где d = 0,01 мм.

Определяют среднее значение λ_ср для каждого порядка k и для всех измеренных порядков.

3.4.2. Излучение дифракции от одной щели

1) установить на оптическую скамью перпендикулярно лазерному лучу держатель с раздвижной щелью;

2) провести качественные наблюдения дифракционной картин, измеряя ширину раздвижной щели. Наблюдения начинать с широкой щели, когда видно геометрическое изображение щели, уменьшая затем вращением винта ширину щели, добиться появления на экране многолинейчатой дифракционной картины. Объяснить наблюдаемое;

3) установить ширину щели, при которой видны 4 ÷ 6 дифракционных полос. Измерить расстояние 2х (рис. 2.4) между симметричными минимумами 1, 2, 3 и т.д. порядков. Проделать то же самое для максимумов. Данные занести в табл. 3.2.

Табл. 3.2

Используя определенное в п. 3.4.1 значения λ, вычислить ширину щели в. Для минимумов, учитывая (2.14), вычисления проводить по формуле

. (3.1)

Для максимумов, учитывая (2.15) – по формулам:

при k = 1 ,

при k = 2 ,

при k = 3 , (3.2)

при k = 4 .

Вычислить среднее по всем измерениям значение ширины щели в и погрешность ее определения. Результат записать в виде в = в_ср ± Δ в.

3.4.3. Изучение дифракции Фраунгофера на сферических частицах

Вид дифракционной картины при дифракции света на сферической частице аналогичен случаю дифракции на круглом непрозрачном экране, рассмотренному в п. 2.3. Для того, чтобы углы дифракции были значительными, размер частицы должен быть достаточно малым. Однако, если поместить в световой пучок одну частицу, то даваемую ею на удаленном экране дифракционную картину наблюдать трудно, поскольку дифракционные максимумы имеют малую интенсивность. Если же в плоскости поперечного сечения узкого светового пучка расположить совершенно хаотично одинаковые сферические частицы, то в силу равной вероятности всех значений фаз волн, дифрагировавших под одним и тем же углом от разных частиц, интенсивности этих волн будут складываться (они не будут когерентными и интерференции наблюдаться не будут). Дифракционная картина от N частиц усилиться по интенсивности в N раз по сравнению с дифракционной картиной от отдельной частицы, но не изменит своей структуры. При этом на экране наблюдается система концентрических колец (темных и светлых), окружающих центральный светлый круг. Угловые размеры колец даны в табл. 3.3. Учитывая соотношение (2.13), которое в данном случае запишется в виде

, (3.3)

где r – радиус кольца, l – расстояние от образца до экрана, можно получить выражение, позволяющее вычислить радиусы R малых сферических частиц

, (3.4)

где λ – длина световой волны, определенная в п. 4.3.1, а – коэффициент, значение которого приведено в табл. 3.3.

Табл. 3.3

Для определения размеров мелких частиц необходимо:

1) установить на оптической скамье перпендикулярно лазерному лучу пластинку, покрытую частицами ликоподия, представляющими собой шарики одинакового малого размера. Получить на экране дифракционную картину в виде концентрических колец;

2) измерить радиусы темных и светлых колец с учетом их номера (нумерация темных колец начинается с первого темного кольца);

3) вычислить радиусы R сферических малых частиц по формуле (3.4). Данные записать в табл. 3.4

Табл. 3.4

Вычислить среднее значение R_ср и погрешность определения ΔR. Результат записать в виде R = R_ср ± ΔR.

Контрольные вопросы

1. В чем заключается явление дифракции света?

2. Сформулируйте принцип Гюйгенса – Френеля.

3. Объясните метод зон Френеля.

4. Пользуясь методом зон Френеля, получите условие максимумов и минимумов при дифракции на щели.

5. Объясните суть графического метода сложений амплитуд.

6. Пользуясь графическим методом, получите условие главных максимумов при дифракции на решетке.

Список литературы

1. Савельев И.В. Курс общей физики. Т. 2. – М.: Наука, 1978.

2. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. – М.: Высшая школа, 1989.

3. Ландсберг Г.С. Оптика. – М.: Наука, 1076.

4. Трофимова Т.И. Курс физики. – М.: Высшая школа, 1997.

5. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Оптика. – М.: Наука, 1980.

• ⇐ Назад
• 12