С ПОМОЩЬЮ ДИФРАКЦИОННОЙ РЕШЕТКИ
Цель работы: изучить явление дифракции в монохроматическом свете при помощи дифракционной решетки и щели.
Приборы и принадлежности: лазер, дифракционная решетка (или щель), измерительная линейка и экран.
П р и м е ч а н и е: теоретический материал см. в работе № 4.
|
Описание установки
Схема экспериментальной установки представлена на рис. 5.1, где: 1- оптическая скамья, 2 – источник света - лазер, 3 - рейтер для установки дифракционной решетки (или щели) 4; 5 - рейтер для установки экрана 6.
Так как в нашем случае в качестве источника света используется лазер, дающий когерентный строго параллельный малого сечения пучок света, то в установку нет необходимости вводить линзы, которые обычно ставят впереди и позади дифракционной решетки. Дифракционная картина получается четкой и при сравнительно небольшом расстоянии экрана до дифракционной решетки.
На рис. 5.2 сплошными линиями показаны лучи, дающие на экране в результате интерференции максимумы, пунктирными - лучи, дающие минимумы.
Выполнение работы
1. Определение длины световой волны лазерного луча
1.1. Ознакомиться с установкой.
1.2. Дифракционную решетку вставить в рамку рейтера 3.
1.3. Включить лазер в сеть.
1.4. Направить луч лазера на дифракционную решетку и, передвигая вдоль скамьи рейтер 3, установить его в таком месте, чтобы дифракционная картина была четкой и, по возможности, занимала бы большую часть шкалы.
1.5. По шкале произвести отсчет координат хл и хп одномерных максимумов всех порядков слева и справа от нулевого максимума. Результаты занести в табл. 5.1.
Таблица 5. 1.
| d =, L = | |||||||
| Поря-док макси- мумов | хп | хл | lk = хп -хл | tg j к | j к | sin j к |
|
| . . |
1.6. Измерить с помощью линейки расстояние L между дифракционной решеткой и плоскостью экрана. Выписать с дифракционной решетки значение постоянной решетки d.
1.7. Вычислить расстояние lк между максимумами каждого порядка, а также tg j к. Найти j к и sin j к. Результаты занести в табл. 5.1.
1.8. По формуле 
(см. 4.9) вычислить длину волны l лазерного луча по данным для каждого порядка максимумов и среднее значение длины волны <l>.
1.9. Вычислить угловую дисперсию и разрешающую способность дифракционной решетки для третьего порядка спектра.
2. Определение ширины щели
2.1. В рамку рейтера 3 вместо дифракционной решетки вставить металлическую щель.
2.2. Направляя луч лазера на щель, передвигая рейтер 3 и изменяя ширину щели (если это предусмотрено), добиться четкой дифракционной картины.
2.3. Измерить расстояние между крайними минимумами одного порядка и расстояние L от щели до экрана.
2.4. Вычислить sin j к. Так как угол j к в этом случае мал, то 
.
2.5. По формуле 
(см. 4.8) вычислить ширину щели. Значения l (<l>) определены в упражнении 1. Результат занести в табл. 5.2.
Таблица 5. 2
| Поря-док | <l> L | ||||
| мини-мума | хп | хл | lk = xп - хл |
| 
|
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Дифракция света.
2. Принцип Гюйгенса - Френеля.
3. Метод зон Френеля.
4. Дифракция света на одной щели. Условия максимума и минимума.
5. Как выглядит дифракционная картина от дифракционной решетки? Условия максимума. Как меняется картина с увеличением числа щелей?
6. Сравнить дифракционную картину от решетки в монохроматическом и белом свете.
7. Какими величинами характеризуют качество дифракционной решетки?
8. Что такое угловая (линейная) дисперсия дифракционной решетки. Как ее вычислить?
9. С чем связана необходимость введения “разрешающей силы” дифракционной решетки. Что это такое?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6