Материал: Методические указания для выполнения лабараторных работ. Оптика и атомная физика

k

Таблица 3.3. Выборка значений постоянной решетки

m

3

2

1

-1

-2

-3

xm

0. = kλL xm

0. = d θλ + θL + θxm d λ L x

m

Таблица 3.4.Определение периодов двумерной дифракционной решетки.

k₁

xk1

d1 = k1λL xk1

k2

yk 2

d₂ = k₂ λL y_{k 2}

Указания по проведению измерений:

0. Занесите с панели прибора константы эксперимента в Таблицу

3.1.

0. Ознакомьтесь с порядком включения и выключения лазерного источника света. Обратите особое внимание на недопустимость попадания в глаза прямого лазерного излучения.

21

0. Включите электронный блок. На панели «Излучатели» переклю-чите в положение лазер. (Показания индикаторов электронного блока в дан-ной работе не используются).

0. На верхнюю крышку электронного блока поместите лист милли-метровой бумаги (с сеткой 0.5 мм или 1 мм), который будет играть роль экрана и являться в дальнейшем протоколом.

0. Установите первый объект исследования – (одиночная щель) в положение перпендикулярное направлению светового пучка. Это достигается поворотом турели до соответствующей пиктограммы. Стрелка, закрепленная

дифракционную картину для максимумов при m = 1, 2, 3. Зарисовывая мак-симум нулевого порядка, отметьте на нем положение центра.

0. Установите, повернув турель до нужной пиктограммы, одномер-ную дифракционную решетку. Стрелка, закрепленная на оси вращения пла-

главных максимумов при m = 1, 2, 3. . Зарисовывая максимум нулевого по-рядка, отметьте на нем положение центра картины.

7.	Изменяйте угол	θ	поворота пластинки				)	по отноше-
				(30	; 45	; 60

нию к первоначальному положению. Зарисуйте получившиеся дифракцион-ные картины для главных максимумов при m = 1, 2, 3.

0. Установите, повернув турель до нужной пиктограммы, двумер-ную дифракционную решетку. Стрелка, закрепленная на оси вращения пла-

0. первоначальному положению. Зарисуйте получившиеся дифракционные картины.

Указания по обработке результатов

0. Для первого объекта исследования – одиночной щели, определи-те положение x_k минимумов при k = 1, 2, 3 и, пользуясь формулой (3.1),

рассчитайте ширину щели b для каждого значения m. Результаты расчетов занесите в Табл.3.2. По полученной выборке значений b объема N = 6 опре-делите, пользуясь стандартной таблицей обработки данных косвенных изме-рений (см. приложение к пособию), ширину щели b = b b с P = 95 % .

22

0. В опытах с одномерной дифракционной решеткой определите

положение xm главных максимумов для = ±1,2,3 порядка. Воспользовав-шись формулой (3.3), вычислите период d дифракционной решетки для каж-дого значения m. Результаты расчетов занесите в Табл. 3.3. По полученной выборке значений d объема N = 6 определите, пользуясь стандартной табли-цей обработки данных косвенных измерений (см. приложение к пособию), постоянную решетки d = d d с P = 95 % .

картину.

0. В опытах с двумерной дифракционной решеткой определите по-ложение максимумов первого порядка вдоль осей Х и Y (рис.3.4), что соот-

двумерной дифракционной решетки, воспользовавшись формулой (3.6). Ре-зультаты расчетов занесите в Табл.3.4.

0. Объясните, как влияет поворот пластинки с двумерной решеткой на дифракционную картину.

Контрольные вопросы

0. Как определить координаты максимумов и минимумов при ди-фракции Фраунгофера от одной щели?

0. Как определить интенсивность света при дифракции Фраунгофе-ра на дифракционной решетке?

0. Как определяются положения главных максимумов (минимумов) для дифракционной решетки?

0. Как связаны между собой период и эффективный период дифрак-ционной решетки?

0. Что представляет собой двумерная дифракционная решетка?

0. При каких условиях наблюдаются главные максимумы на дву-мерной дифракционной решетке?

0. Где нашли применение двумерные дифракционные решетки?

0. Влияет ли количество щелей на дифракционную картину, наблю-

даемую в данной лабораторной работе?

23

Лабораторная работа 4. Дифракционная решетка

Цели работы: исследование дифракции света на прозрачной дифракци-онной решетке; определение параметров решетки и спектрального состава излучения.

Экспериментальная установка (рис. 4.1) состоит из источника света 1 (ртутная лампа), гониометра 4 и дифракционной решетки 6. Излучение лам-пы освещает щель 2 коллиматора 3 гониометра и дифракционную решетку, установленную в держателе 5 перпендикулярно падающим лучам. Зритель-ная труба 9 гониометра может поворачи-ваться вокруг вертикальной оси гониомет-ра. В фокальной плоскости окуляра зри-тельной трубы наблюдается дифракцион-ный спектр. Угловое положение зритель-ной трубы определяется по шкале 7 и но-ниусу 8 лимба гониометра. Цена деления шкалы гониометра 30′, нониуса – 1′. По-скольку начало отсчета по шкале гонио-метра может не совпадать с направлением нормали к поверхности решетки, то угол дифракции φm определяется разностью

двух углов ( m − 0 ) , где

чающий центральному m

ному максимуму.

₀

0

– угол, отве-дифракцион-

Рис. 4.1. Схема экспериментальной установки

Общие сведения

Дифракцией называется совокупность явлений, наблюдаемых при рас-пространении света в среде с резкими неоднородностями и связанных с от-клонением от законов геометрической оптики. Дифракция, в частности, при-водит к огибанию световыми волнами препятствий и проникновению света в область геометрической тени. Между интерференцией и дифракцией нет су-щественного физического различия. Оба явления заключаются в перераспре-делении светового потока в результате суперпозиции волн.

24

Различают два вида дифракции. Если лучи света, падающие на препят-ствие, и лучи, идущие в точку наблюдения, образуют практически парал-лельные пучки, говорят о дифракции Фраунгофера, в противном случае – о дифракции Френеля. Дифракция Фраунгофера возникает, когда источник и точка наблюдения расположены от препятствия очень далеко или при соби-рании параллельных лучей линзой.