Дифракция на четырёх щелях и на дифракционной решётке

1. Повернув турель 2, установите под лазерный луч пластинку с четырьмя щелями. Убедитесь, что плоскость пластинки перпендикулярна световому пучку (угол ).

3. Зарисуйте изображения дифракционных картин для углов , и .

4. Повернув турель 2, установите под лазерный луч пластинку с одномерной дифракционной решёткой. Зарисуйте изображения дифракционных картин для углов , и .

5. Выключите лазерный источник света.

6. По рисункам определите расстояние от центра нулевого максимума (центра дифракционной картины) до центра первого интерференционного максимума . Данные занесите в таблицу 2.

Таблица 2

четыре щели	дифракционная решётка
угол	, мм.	, мм.	угол	, мм.
0о			0о
30о			30о
60о			60о

7. По формулам (14а) рассчитайте ширину щелей и постоянную дифракционной решётки (расстояние между центрами щелей ), приняв во внимание, что и где и - кажущая ширина щелей и кажущаяся постоянная дифракционной решётки.

Задание 3.

Дифракция на двумерной дифракционной решётке

1. Повернув турель 2, установите под лазерный луч двумерную дифракционную решетку. Убедитесь, что плоскость пластинки перпендикулярна световому пучку (угол ).

3. Зарисуйте изображения дифракционных картин для углов , и .

4. Выключите лазерный источник света.

5. Определите расстояние от центра нулевого максимума (центра дифракционной картины) до центра первого интерференционного максимума по оси X и до первого интерференционного максимума по оси Y. Данные занесите в таблицу 3.

Таблица 3

двумерная дифракционная решётка
угол
0о
30о
60о

6. По формулам (22а) рассчитайте и постоянные двумерной дифракционной решётки по осям X и Y, приняв во внимание, что и где - кажущаяся постоянная дифракционной решётки.

(22а)

7. Оцените погрешность измерений по формуле Стьюдента и запишите результат в формате:

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3.32К

ДИФРАКЦИЯ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Цель работы – Определение ширины щели и постоянной дифракционных решеток по дифракционным картинам на экране наблюдения.

Оборудование – модульный лабораторный учебный комплекс МУК-О, WEB-камера, компьютер.

Методика эксперимента

Эксперимент в настоящей лабораторной работе выполняется на модульном лабораторном учебном комплексе МУК-О. Описание комплекса приведено в Приложении 3.

В верхней части комплекса находится лазерный источник света. Ниже расположена турель 2, в которой закреплены объекты исследования. Рекомендуется вначале провести измерения с одиночной щелью, установив ее (см. пиктограмму) под лазерный источник. Затем, поворачивая турель 2, переходить к двум, четырем щелям, одномерной и двухмерной дифракционным решеткам, место расположения которых определяется также по соответствующим пиктограммам. Во избежание перегрева лазера время работы лазерного источника при измерениях не должно превышать 15 минут.

Дифракционные картины получают на экране с закреплённой на нём миллиметровой бумагой, которая является мерой для определения линейных размеров в плоскости экрана. Экран устанавливается на верхнюю крышку электронного блока.

Изображение дифракционных картин при помощи видеокамеры вводится в компьютер, фотографируется и сохраняется на жёстком диске. Для этого необходимо выполнить следующие действия:

· включить компьютер с подключенной к нему видеокамерой, запустить с рабочего стола программу Web Mate и получить качественное изображение дифракционной картины на мониторе компьютера.

· сфотографируйте и сохраните это изображение. Для этого необходимо, нажать кнопку «Снимок» вверху панели. Снимок вы можете посмотреть, нажав на выбранный снимок дважды (слева на панельке). Ваши фотографии сохраняются автоматически в папке «Album» на рабочем столе.

· закройте программу. Для этого щелкните пиктограмму «бегущего человека» внизу панели, справа.

Измерения и обработка изображений дифракционных картин выполняется с помощью программы «skopephoto». Для этого с рабочего стола компьютера запустите программу «skopephoto» и проделайте следующее:

· В главном меню программы «skopephoto» выберите команду File/open/ и откройте папку «album» на рабочем столе. Выберете нужную вам фотографию.

· Далее в том же меню выберите команду Layer/New/, программа потребует сохранения этого слоя, после этого активируется панель инструментов.

· Выберите нужный инструмент, например, Line/ any line и выполните измерение расстояния между центрами нулевого максимума и первого минимума, фиксируя начальную и конечную точку щелчком левой кнопки мышки.

· Данные измерений занесите в таблицу.

Примечание: Измеренные по фотографиям расстояния будут выражены в пикселях (px). Для перевода расстояний в миллиметры используйте изображение миллиметровой бумаги на мониторе в качестве меры определите линейные размеры пикселя в миллиметрах по оси x и y.

Порядок выполнения работы

1. Изучите теорию явления дифракции на щели и на дифракционной решётке.

2. Ознакомьтесь с описанием и инструкцией по эксплуатации модульного лабораторного учебного комплекса МУК-О (см. Приложение 2).

3. Ознакомьтесь с описанием компьютерных программ Web Mate и «skopephoto».

4. Удалите с оптической оси комплекса МУК-О все объекты (если они установлены), а турель 2 поверните в нейтральное положение. Установите на верхнюю крышку электронного блока экран с миллиметровой бумагой.

5. Установите на оптическую ось поляризатор (турель 4), который будет использоваться для плавной регулировки интенсивности света лазера необходимой при работе с видеокамерой.

6*. Подключите комплекс к сети и включите лазерный источник света. Обратите особое внимание на недопустимость попадания в глаза прямого лазерного излучения.

Внимание. Пункты, помеченные звёздочкой, выполняет преподаватель или лаборант.

Задание 1.