Файл: Рухляда Н.Я. Максимушкина А.В. Методичка лабораторные Оптика.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 08.04.2024
Просмотров: 31
Скачиваний: 0
m b xm L
Измерив, расстояние между минимумами xm и зная b и L, можно определить λ:
b xm L m
Точный расчет с использованием принципа Гюйгенса-Френеля для амплитуд колебаний в зависимости от угла дифракции φ описывает формула
A |
|
A |
sin( bL x) |
|
|
0 |
bsin( / x) |
Интенсивность света пропорциональна квадрату амплитуды, следовательно в соответствии с (*), имеем:
|
|
|
bsin |
|
2 |
|
sin( |
|
) |
||
I I |
|
|
|
|
|
0 |
bsin |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(2)
(3)
(4)
При m=0, в направлении φ=0 наблюдаются дифракционные максимумы нулевого порядка. С увеличением порядка дифракционных максимумов их интенсивность падает в отношении I0:I1:I2:I3=1:0.045:0.016:0.008.
Рис.4. Распределение интенсивности света при дифракции от одной щели.
Дифракция на круглом отверстии:
Для круглого отверстия максимумы и минимумы располагаются в виде концентрических колец (рис.5).
Рис.5. Распределение максимумов и минимумов при дифракции на круглом отверстии.
Угловой радиус темных колец определяется приближенно соотношением:
0.61 (m 1) 2
sin m , m 1, 2,3, , где R – радиус отверстия.
R
|
|
xm |
|
0.61 (m 1) |
2 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
L |
R |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
xm R |
|
|
|
(5) |
|
|
L 0.61 (m 1) |
2 |
|
||||||
Аппаратура |
|
|
|
|
|
||||
1 |
диафрагма с 3мя щелями |
|
|
|
|
|
|||
1 |
диафрагма с 2мя препятствиями |
|
|
|
|
|
|||
1 |
диафрагма с 3мя круглыми отверстиями |
|
|
|
|
||||
1 |
гелий-неоновый лазер, линейно поляризованный |
|
|
|
|
||||
1 |
держатель с пружинными зажимами |
|
|
|
|
|
|||
1 |
линза в рамке, F = +5 мм |
|
|
|
|
|
|||
1 |
линза в рамке, F = +50 мм |
|
|
|
|
|
|||
1 |
точная оптическая скамья, 1 м |
|
|
|
|
|
|||
4 |
оптических насадки, H = 60 мм / B = 36 мм |
|
|
|
|
||||
1 |
полупрозрачный экран |
|
|
|
|
|
|||
Указание по техники безопасности
Никогда не смотрите на прямой или отраженный лазерный луч.
Установка
Примечание: регулировка должна проводиться в слегка затемненной комнате.
Экспериментальная установка показана на рис. 6. Первая сферическая линза L1 с фокусным расстоянием F = +5 мм усиливает лазерный луч. Следующая линза L2 – собирающая – с фокусным расстоянием F = +50 мм устанавливается таким образом, что его фокус лежал дальше центра сферической линзы. Это приводит к тому, что лазерный луч несколько расширен и проходит почти параллельно оптической оси.
Рис. 6. Экспериментальная установка (вверху) и схематическое изображение лучей (см. ниже) для наблюдения дифракции на щели, на препятствии и ирисовой диафрагме.
L1: линза F= +5мм, L2: линза F = +50 мм, H – держатель для дифракционных объектов, S – экран.
Выполнение работы
Упражнение 1. Дифракция на одной щели.
1.Установить гелий-неоновый лазер на оптическую стойку, как показано на рис.6.
2.Установить экран S на расстоянии примерно 1,9 м от лазера.
3.Направить лазер в сторону экрана и включите его.
4.Отрегулировать лазер по высоте так, что его луч проходит в середине диафрагмы.
5.Поместить линзу L1 с фокусным расстоянием F = +5 мм перед лазером на расстоянии около 1 см, (свет лазера покрывает диафрагму).
6.Установить собирающую линзу L2 с фокусным расстоянием F = +50 мм за сферическую линзу L1 на расстояние примерно в 55 мм и смещайте ее вдоль оптической стойки к сферической линзе L1, пока лазерный луч четко не изобразится на экране.
7.Сместить собирающую линзу L2 по оптической стойке несколько дальше от сферической линзы L1 до тех пор, пока диаметр лазерного луча на экране не достигнет 6 мм (лазерный пучок должен быть круглым вдоль оптической оси).
8.Установить держатель для объектов дифракции по ходу луча на расстоянии 1,5 м от экрана.
9.Установить диафрагму с тремя щелями.
10.Достигнуть резкости дифракционной картины, немного смещая линзу L2.
11.Пронаблюдать явление дифракции в зависимости от ширины щели b, меняя вставки щелей С (b = 0,48 мм), B (b = 0,24 мм), А (b = 0,12 мм) на пути луча.
12.Измерить расстояние L от диафрагмы до экрана.
13.Измерить расстояние xm и вычислите значение xm/m.
14.Заполнить таблицу:
Число |
b = 0,48 мм |
b = 0,24 мм |
b = 0,12 мм |
|||
минимумов |
xm, мм |
xm/m , мм |
xm, мм |
xm/m , мм |
xm, мм |
xm/m , мм |
интенсивности, |
|
|
|
|
|
|
m |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
15. Вычислить длину волны λ по формуле (2).
Упражнение 2. Дифракция на препятствии.
1.Установить диафрагму с двумя препятствиями.
2.Измерить расстояние xm и вычислите значение xm/m.
3.Заполнить таблицу:
Число минимумов |
b = 0,4 мм |
b = 0,2 мм |
||
интенсивности, m |
xm, мм |
xm/m , мм |
xm, мм |
xm/m , мм |
1 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3.Вычислить длину волны λ по формуле (2).
Упражнение 3. Дифракция на круглом отверстии.
1.Установить диафрагму с тремя круглыми отверстиями.
2.Измерить расстояние l от линзы L2 до диафрагмы.
3.Измерить диаметр колец dm и вычислите значение xm=dm/2m.
4. Заполнить таблицу:
Число |
D = 0,24 мм |
D = 0,12 мм |
минимумов |
|
|
интенсивности, |
xm, мм |
xm/m , мм |
m |
|
|
1 |
|
|
2 |
|
|
3 |
|
|
4 |
|
|
5 |
|
|
3.Вычислить длину волны λ по формуле (3).
Контрольные вопросы
1.В чем суть явления дифракции?
2.Объяснить явление дифракции на основе принципа Гюйгенса-Френеля.
3.Построить векторные диаграммы, иллюстрирующие условия минимумов и максимумов интенсивности при дифракции Фраунгофера на одной щели.
4.Описать два типа дифракции Фраунгофера и Френеля; их количественная оценка.
5.Получить условие минимумов из формулы (4).
Литература
1.Савельев И.В. Курс общей физики. Том 4. Волны. Оптика. С-П.: Лань, 2011.
2.Ландсберг Г.С. Оптика. М.: Физматлит, 2010.
3.Зисман Г.А.,Тодес О.М. Том 3. Оптика. Физика атомов и молекул. Физика атомного ядра и микрочастиц. С-П.: Лань, 2007.
4.Фриш С.Э.,Тиморева А.В. Том 3. Оптика. Атомная физика. С-П.: Лань, 2008.
5.Суханов А.Д. Фундаментальный курс физики. Том 2. Континуальная физика. М.: Агар,
1998.
6.Иродов И.Е. Волновые процессы. М.: Лаборатория базовых знаний, 1999.
7.Калитеевский Н.И. Волновая оптика. С-П.: Лань, 2008.
8.
РАБОТА № 3
