Порядок выполнения упражнения. 1. Установить на оптической скамье дифракционную решетку и экран.
1. Установить на оптической скамье дифракционную решетку и экран.
2. Лаборант включает лазер. Добейтесь перпендикулярного расположения решетки и экрана к оси излучения лазера.
3. Перемещая решетку вдоль оптической скамьи, получить на экране четкое изображение картины. При этом надо добиться, чтобы на экране были видны максимумы не менее четырех порядков.
4. Измерить расстояние L между решеткой и экраном.
5. Измерить расстояние x1 максимумами первого порядка.
6. Определить tg φ для максимума первого порядка.
7. Зная tg φ, определить по таблицам sin φ.
8. Вычислить период d дифракционной решетки.
9. Произвести измерения и вычисления для максимумов второго, третьего и т.д. порядков.
10. Вычислить среднее значение <d>.
11. Аналогичные измерения произвести для других L.
12. Результаты занести в таблицу.
| K, порядок максимума | L, мм | xm, мм | tg φ | sin φ | d, мм | <d>, мм |
Упражнение 4. Определение длины волны лазерного излучения при помощи дифракционной решетки.
Описание установки
Все детали установки располагаются на оптической скамье. В качестве источника света используется газовый гелий-неоновый лазер. На одной из кареток закреплен держатель дифракционной решетки, на другой - экран с миллиметровой бумагой, на которой наблюдается дифракционная картина. Для измерения расстояния между решеткой и экраном служит линейка.
Чтобы определить длину волны лазера по формуле дифракционной решетки, необходимо знать период решетки d, порядок максимума K угол φ.
λ = d sin φ/K.
При правильном расположении всех деталей установки можно получить на экране максимумы нулевого, первого, второго и т.д. порядков. Период решетки указывается на ее оправе. Угол φ находим из формулы:
tg φ = Xm/2L,
где L - расстояние между решеткой и экраном, Xm - расстояние между максимумами одного порядка, расположенными симметрично относительно центрального максимума. Под расстоянием между максимумами понимают расстояние между центрами наблюдаемых точек.
Порядок выполнения упражнения
1. Установить на оптической скамье дифракционную решетку и экран.
2. Лаборант включает лазер. Добиться перпендикулярного расположения решетки и экрана к оси излучения лазера.
3. Перемещая решетку вдоль оптической скамьи, получить на экране четкое изображение дифракционной картины. При этом нужно добиться, чтобы на экране были видны максимумы не меньше четырех порядков.
4. Измерить расстояние L между решеткой и экраном.
5. Измерить на экране расстояние Х1 между максимумами первого порядка.
6. Определить tg φ для максимумов первого порядка.
7. Зная tg φ, определить по таблицам sin φ.
8. Вычислить длину волны газового лазера.
9. Произвести измерения и вычисления для максимумов второго, третьего и т.д. порядков.
10. Вычислить среднюю длину волны <λ> излучения лазера.
11. Аналогичные измерения произвести для других значений L.
12. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу.
| K, порядок максимума | L, мм | xm, мм | tg φ | sin φ | λ, мм | < λ>, мм |
2.3. Контрольные вопросы
1. Явление дифракции. При каком условии оно наблюдается?
2. Сформулируйте принцип Гюйгенса-Френеля.
3. Какие волны называются когерентными?
4. В чем заключается метод зон Френеля?
5. Запишите условия минимума и максимума при дифракции на щели и поясните их.
6. Докажите, что разность хода между соседними лучами, идущими от правых краев каждой щели дифракционной решетки, равна Δ=d•sinφ.
7. Каков порядок следования цветов в дифракционных спектрах? Какова окраска нулевого максимума?
8. Интерференционная картина представляет собой чередование минимумов и максимумов. Почему через дифракционную решетку мы видим цветную картину?
9. Какова область видимого света по длине волн и частоте?
Литература
[1], §§ 125-130;
[2], §§ 32.1-32.4;
[3], §§ 177, 178, 180, 181;
[4], ч. II, гл. VII, §§ 54-55;
[5], §§ 33, 39, 40, 44, 46;
[6], стр. 264-268.