Изучение дифракции монохроматического света

На одной щели

В данной лабораторной работе изучается дифракция Фраунгофера, получающаяся при прохождении пучка монохроматического света через узкую щель. В ходе эксперимента исследуется дифракционная картина, определяется пространственное положение дифракционных максимумов, а также анализируется зависимость расстояния дифракционного максимума до середины щели от его порядкового номера.

1. Соберите установку по схеме, изображенной на рис. 4.9.

2. Включите лазер.

3. Установите на пути лазерного луча держатель щели так, чтобы плоскость экрана была перпендикулярна лучу.

4. Получите на экране дифракционную картину. Добейтесь наибольшей четкости картины смещением щели вдоль луча. Опишите, как влияет такое смещение щели на дифракционную картину (кроме изменения четкости изображения).

5. Проведите качественные наблюдения дифракционной картины, изменяя ширину щели. В частности, установите, появляются ли новые максимумы или происходит перераспределение интенсивности в дифракционной картине, изменяется ли расстояние между максимумами? Опишите отмеченные изменения дифракционной картины.

6. Сместите щель в боковом направлении на некоторое расстояние. Приводит ли сдвиг щели к сдвигу дифракционной картины? Объясните это явление.

7. Для заданной ширины  щели, при которой формируется четкая дифракционная картина, определите расстояние  от середины дифракционной картины до первого, второго, третьего и т. д. максимумов. Для этого измерьте расстояние  между главными максимумами (левым и правым) первого, второго, третьего и т. д. порядков. Каждое измерение повторите 3 раза. Результаты занесите в табл. 4.1.

Таблица 4.1

8. Изобразите полученные результаты на графике, откладывая по оси абсцисс порядок  максимума, а по оси ординат – его расстояние  от середины дифракционной картины. Прокомментируйте полученную зависимость.

Изучение дифракции монохроматического света

На дифракционной решетке

В данной работе изучается дифракция Фраунгофера на дифракционной решетке с различным числом параллельных щелей в монохроматическом свете. В ходе эксперимента проводится наблюдение за изменением дифракционной картины при увеличении количества щелей в дифракционной решетке.

1. Соберите установку по схеме, изображенной на рис. 4.9, заменив экран с одной вертикальной щелью 3 на дифракционную решетку с двумя щелями, затем с четырьмя щелями и т. д.

2. Для каждой дифракционной решетки получите на экране 4 четкую дифракционную картину.

3. По мере увеличения количества щелей опишите изменения, которые происходят с дифракционной картиной, наблюдаемой на экране. При описании особое внимание обратите на то, как увеличение числа щелей влияет: а) на местоположение главных максимумов; б) расстояние между главными максимумами; в) интенсивность максимумов.

Изучение дифракции немонохроматического света

На дифракционной решетке

В ходе эксперимента исследуется дифракционный спектр немонохроматического источника света, определяется период дифракционной решетки.

1. Соберите установку по схеме, изображенной на рис. 4.9. Однако вместо лазера 2 установите другой источник света (например, лампу), а вместо экрана с одной вертикальной щелью 3 – дифракционную решетку.

2. Получите на экране дифракционную картину. Добейтесь наибольшей четкости картины, изменяя расстояние между источником и коллиматором, коллиматором и решеткой.

2. Измерьте расстояние  от плоскости дифракционной решетки до экрана. Результат измерений занесите в табл. 4.2.

Таблица 4.2

Цвет линии в спектре	Длина волны , нм	, мм	, мм	Период дифракционной решетки , нм

3. Измерьте по шкале расстояние  от середины дифракционной картины до главных максимумов первого порядка всех составляющих спектра. Результаты измерений занесите в табл. 4.2.

4. Рассчитайте период дифракционной решетки  для каждого цвета спектра в дифракционной картине. Период дифракционной решетки можно определить из условия

                                                                     (4.9)

где и т. д. – порядок максимума. По условию задания расчет  необходимо провести для главных максимумов первого порядка, т. е. . Тогда условие (4.9) принимает вид:

где  – номер составляющей (цвета) в спектре. Отсюда

Поскольку , то углы  малы и , тогда

или

                                                                         (4.10)

Используя рабочую формулу (4.10), рассчитайте постоянную  для каждого цвета спектра в дифракционной картине. Результаты расчета занесите в табл. 4.2. Сравните полученные значения  и сделайте вывод.

Вариант 2