3.3.1.Используя полученные данные, вычислить суммы и разности каждой пары диаметров колец Ньютона ( m и k- разные номера колец, например m=5, к=4; m=6, k = 3 и т.д.) и занести в таблицу 2.

3.3.2.Используя выражение (3.5), и учитывая, что диаметры колец измерены в относительных единицах, получим выражение для расчета длины волны.

(3.5)

где -  цена деления окулярного микрометра, R - радиус кривизны линзы.

3.3.3. Вычислить по формуле (3.5) значение длины волны для различных пар колец. Результаты занести в таблицу 2. Таб. 2

Номера колец		Пары колец			СР, нм
m	k		m - k	, нм

4.Контрольное задание

1.Ознакомиться с материалом лекции 3 и решить домашние контрольные задачи на эту тему.

1. Почему кольца начинаются с темного пятна в центре?

2. Почему наблюдается ограниченное число колец?

Работа зачтена

Лабораторная работа 4-07

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ ВОЛНЫ С ПОМОЩЬЮ ДИФРАКЦИОННОЙ РЕШЕТКИ

1. Цель работы: ознакомление с дифракцией световых волн на дифракционной решетке, определение длины волны.

2 . Теоретические основы: Дифракционная решетка - периодическая структура, состоящая из большого числа одинаковых параллельных щелей, равноудаленных друг от d



друга (рис.10). Расстояние d называется постоянной дифракционной

р ешетки d=a+b, b – ширина щели, а – ширина перегородки.

Направим на решетку монохроматический пучок  b а

параллельных лучей, падающих перпендикулярно решетке. 

Согласно принципу Гюйгенса-Френеля, каждую щель можно Рис.10

рассматривать как источник вторичных волн. Для произвольного

направления, характеризующегося углом , разность хода двух соседних лучей (рис.10)

(7.1)

Поскольку все щели находятся друг от друга на одинаковом расстоянии, то разности хода лучей, идущих от двух соседних щелей будут одинаковы для всей дифракционной решетки. Максимумы наблюдаются в тех направлениях, для которых разность хода равна целому числу длин волн,т.е.

(7.2)

Используя формулу (7.2) можно определить длину волны монохроматического излучения, предварительно определив углы , для максимумов соответствующих порядков:

. (7.3)

3. Экспериментальная часть

3.1. Краткое описание экспериментальной установки и оборудования

Установка собирается на оптической скамье. Схема установки представлена на рис.11.

_n

экран

решетка L – расстояние от решетки до экрана.

х

 x_n

_n – расстояние между максимумами

лазер

L

одного порядка

_n - направление на максимум n-го порядка

Рис.11

3.2. Методика проведения эксперимента

3.2.1. Включить лазер. (Выполняется лаборантом).

3.2.2. Установить экран и дифракционную решетку строго перпендикулярно оптической оси лазера.

3.2.3. Измерить расстояние L между плоскостью решетки и экраном

3.2.4. Не изменяя L измерить х_n – расстояния между соответствующими дифракционными максимумами, начиная с первого порядка. Результаты занести в таблицу.

L, м	n	xn	tg  n	 n	sin n	, м	 , м
	1
	2
	3
	Средние значения

3.3. Обработка результатов измерений

3.3.1. По результатам измерений L и х_n определить соответствующие углы (см.рис.11).

.

3.3.2. По формуле (7.3) определить длину волны для каждого из углов. Результаты занести в таблицу.

3.3.3. Рассчитать средние значения и определить погрешность измерений.

4.Контрольное задание

1.Ознакомиться с материалом лекции и решить домашние контрольные задачи на эту тему.

2.Сформулировать принцип Гюйгенса-Френеля.

3. Зная постоянную решетки и длину волны, определить число максимумов для данной решетки.

Работа зачтена

Лабораторная работа 4-10

ДИФРАКЦИЯ ПЛОСКОЙ СВЕТОВОЙ ВОЛНЫ НА ЩЕЛИ

1. Цель работы: изучение дифракции световых волн на щели, экспериментальное определение ширины щели из анализа дифракционной картины.

2.Теоретические основы: Дифракцией называется совокупность явлений, наблюдаемых при распространении света в среде с резкими неоднородностями и связанных с отклонением от законов геометрической оптики. Принцип Гюйгенса-Френеля позволяет объяснить наблюдаемые дифракционные явления и рассчитать интенсивность результирующей волны в любой точке пространства.

Согласно этому принципу каждый элемент волновой поверхности служит источником вторичной сферической волны, амплитуда которой пропорциональна элементу площади dS.

Рассмотрим дифракцию плоских световых волн (дифракция Фраунгофера) на щели. Пусть на щель падает нормально плоская световая волна.

Ш
ирина элементарной зоны равна dx. Тогда амплитуда волны, возбуждаемой любой зоной, равна Cdx.С находится из условия, что амплитуда суммарной волны при =0 от всей щели b равна A₀ , следовательно, Сb=A₀, отсюда С=A₀/b.

Световое возмущение dE в соответствующей зоне dx равно (10.1)

где dЕ-модуль вектора напряженности электрического поля электромагнитной волны. Для определения интенсивности результирующей волны от всех зон в направлении угла  учтём фазу волны каждой зоны .

Примем фазу волны, излученной зоной в точке О, равной нулю. Тогда разность фаз этой волны и волны, испускаемой зоной с координатой х, равна . (10.2)

Световое возмущение, вызываемое элементарной зоной с координатой в точке x, равно

, (10.3)

где волновое число.

Результирующее возмущение в от всей щели получается после интегрирования (10.3)от 0 до b

. (10.4)

Из (7) следует, что амплитуда результирующей волны (выражение перед косинусом) равна

. (10.5)

Из (10.5) видно, что эта амплитуда зависит от угла  достигая минимума npи или bsin= m (m=1, 2, 3…) . (10.6)

Таким образом, условие (10.6) определяет положение минимумов интенсивности.

3. Экспериментальная часть

3.1. Краткое описание экспериментальной установки и оборудования

Установка собирается на оптической скамье. Схема установки представлена на рис.13.

лазер

_m

экран

щель L – расстояние от щели до экрана.

х

 x_m

_m – расстояние между минимумами

L

одного порядка

Рис.13 _m - направление на минимум n-го порядка 3.2. Методика проведения эксперимента

3.2.1. Включить лазер. (Выполняется лаборантом).

3.2.2. Установить щель на расстоянии 0.7-1.0 м от экрана.

3.2.3. Изменяя ширину щели добиться четкой дифракционной картины.

3.2.4. Используя масштабную сетку на экране, определить координаты x_m первых 3-х минимумов слева и справа от главного максимума. Значения x_m занести в таблицу

Номер минимума	Координата минимума хm, м	Расстояние между минимумами одного порядка хm, м	L, м	b, м	b, м
+1
-1
+2
-2
+3
-3

3.3. Обработка результатов измерений

3.3.1.Используя данные таблицы, вычислить расстояния между минимумами одного порядка

, (10.7)

3.3.2. Рассчитать значения . Т.к. по условию задачи мал, то

. (10.8)

3.3.3 Подставляя в (10.6) значения (10.8) , получим соотношение для определения ширины щели: . (10.9)

3.3.4 По формуле (10.9) вычислить ширину щели bи |b| для каждого т.Результаты занести в таблицу.

5. Контрольные вопросы:

1. Ознакомится с материалом лекций 4,5 и решить соответствующие домашние задачи.

2. В чем заключается явление дифракции света?

3. Сформулируйте принцип Гюйгенса-Френеля.

Работа зачтена

Лабораторная работа 5-05

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯННОЙ РИДБЕРГА

1. Цель работы: исследование видимой части спектра излучения атома водорода и определение постоянной Ридберга.

2. Теоретические основы: Излучение изолированных атомов представляет собой набор (спектр) определенных дискретных длин волн. Другими словами спектр изолированных атомов является линейчатым. Положение спектральной линии в спектре характеризуется длиной волны  или частотой . Наиболее простым является спектр атома водорода. Длины волн его спектральных линий определяются по формуле , (5.1)

где R - постоянная Ридберга, n₁=1,2,3…, n₂= (n₁+1), (n₁+2), (n₁+3),…

Линии объединяются в серии. Каждой серии спектра соответствует свое значение n₁ и n₂ (см. рис. ).

Для объяснения спектральных закономерностей Н. Бор предположил, что излучение атома, обладающее частотой , определяется из уравнения

, (5.2)

где h - энергия излучаемого кванта света (фотона), h - постоянная Планка, E_n1 и E_n2 - энергия атома до и после излучения. Линейчатый характер спектра свидетельствует о существовании определенных, дискретных значений энергий атома.