МУ-О-26 (Дифракция света), страница 3

Радиус отверстий r0 приведен на установке, записать егов табл.1.Таблица 1r0 = …, λ= … (по результатам обработки)b, ммСреднее <b>. ммmПримечание: в таблице 4 строки.Задание А2. Наблюдение дифракции на шаре и пятна Пуассона.Оптическая схема опыта показана на рис. 12, на котором вместо пластины 3 с отверстием помещается небольшой шарик от подшипника.1. Устройство номер 3 установить на оптическую скамью и закрепить рейтер на скамье винтом.2.

Зарисовать наблюдаемую картину.3. Записать в табл. 2 условия наблюдений: радиус шарика r0, расстояний а и b (приведены наустановке номер 3).Таблица 2abmr0λ590 нм4А. Обработка и анализ результатов изменений (часть А)Задание А1.1. Для каждого m вычислить среднее значение <b> из четырех измерений.2.

По результатам измерений построить графическую зависимость, отложив по оси абсцисс величину m, а по оси ординат 1/<b>.3. Через полученные точки и начало координат провести наилучшую на глаз прямую.4. Сделать вывод, согласуется ли ход полученной зависимости с теоретической формулой (14).5. Используя полученный график и формулу (14), определить длину волны натриевой лампы;результат записать в табл. 1. Полученное значение λ сравнить со справочными данными (590нм).Задание А2.По формуле (7) вычислить, сколько зон Френеля (m) закрывает шар в условиях опыта.

Результаты представить в табл. 2.Часть Б. ДИФРАКЦИЯ ФРАУНГОФЕРАИзучить теоретическую часть, особенно раздел 4 «Дифракция Фраунгофера на щели».1Б. Методика опытаДифракцию Фраунгофера на щели изучают на приборе, оптическая схема которого покаC4B36l52ALϕ78O1QРис. 14зана на рис.14 в плане. Газоразрядная лампа 1 освещает узкую вертикальную щель 2 в непрозрачном экране 3; щель служит источником желтого света со спектральным составом близким кмонохроматическому. Дифракция происходит на вертикальной щели 5 в экране 6. Ширина щели 5 много меньше расстояния до источника света, поэтому щель освещается параллельным (вгоризонтальной плоскости) пучком, по нормали к плоскости щели.Дифракционная картина наблюдается визуально. Собирающая линза 7, роль которойвыполняет хрусталик глаза, расположена вблизи щели.

Глаз аккомодируют на источник света щель 2, т.е. глаз фокусирует на сетчатке 8 параллельный пучок света. Таким образом, здесьимеет место дифракция Фраунгофера (в параллельным лучах).Рассматривая источник через щель, мы видим на темном фоне экрана 3 дифракционнуюкартину (рис.15) в виде системы светлых и темных вертикальных полос с ярким центральнымЦентральныймаксимум1-й минимумlСветоваяметкаРис. 15максимумом в направлении на источник - щель 2. Если измерить угол ϕ, под которым наблюдаются вторичные максимумы и минимумы, то можно проверить формулы (11) и (12), а такжеопределить длину волны.Опишем методику измерения углов ϕ.

Пусть рис. 14 изображает ход лучей для одного извторичных максимумов под углом дифракции ϕ. Глаз воспринимает этот свет исходящим източки С на экране, лежащей на продолжении луча OQ. Угол ϕ находят, измеряя катеты треугольника ОАВ.Катет АВ длиной l измеряют с помощью маленькой вспомогательной лампы накаливания В, которая служит "световой меткой", перемещаемой по горизонтали. Глядя на эту лампучерез щель 5, мы видим ее дифракционную картину с ярким белым центральным максимумом иокрашенными, быстро затухающими вторичными максимумами. Свет от лампочки падает нащель наклонно, при этом центральный максимум будет наблюдаться в направлении на источник света (как разъяснялось выше на рис.11). Перемещая лампу, совмещают ее изображение ссоответствующим участком дифракционной картины и измеряют с помощью встроенной в установку линейки расстояние l от лампы до центрального максимума.

На рис. 15 показан случай,когда «световая метка» совпадает с положением третьего минимума.Как видно из рис. 14, tgϕϕ=l/L, где L - расстояние по осевой линии от лампочки до оптического центра глаза (примерно до щели). Поскольку угол ϕ мал, тангенс равен синусу:l(15)sin ϕ =LВ опыте измеряют расстояние l до первого минимума (k = 1), второго минимума (k = 2) и т.д.Измерив также расстояние L, по формуле (15) вычисляют sinϕ и строят графическую зависимость sinϕ от k.

Если экспериментальные точки лежат на прямой, проходящей через начало координат, то опыт согласуется с теоретической формулой (12).Из результатов опыта по формуле (12) можно определить длину волны λ. Для этого необходимознать ширину щели b (приводится на установке).2Б. Описание установкиУстановка описана выше в разделе 2A.ЗБ. Выполнение работы.Задание_Б1. Наблюдение дифракции на щели переменной ширины.1.

Включить натриевую лампу тумблером, расположенным на корпусе источника света; времяпрогрева лампы несколько минут. (Световую метку не включать).2. В этом и следующем заданиях источником света служит узкая щель 2 в корпусе натриевойлампы (см. рис.13).

Если она закрыта экраном с круглым отверстием (деталь 6), убрать экран.3. На оптическую скамью поставить рейтер с переменной щелью (принадлежность номер 4) изакрепить рейтер винтом на скамье. Ширину щели можно изменять микрометрическим винтом,расположенным над щелью.4. Располагая глаз близко к щели, наблюдать изменение дифракционной картины при изменении ширины щели. Зарисовать картины при узкой и широкой щели.5.

Сделать вывод, согласуются ли качественно наблюдаемые изменения дифракционной картины с формулами (11) и (12).Задание Б2. Проверка формулы (12).1. Изучить методику опыта в разделе 1Б.2. Поставить на скамью рейтер с постоянной щелью (номер 5) и закрепить рейтер на скамье.3. Наблюдать дифракцию на щели.4. Включить «световую метку» тумблером на корпусе источника света. Наблюдать дифракциюот лампы накаливания. Объяснить происхождение радужной окраски.5. Ознакомиться с устройством для измерения положения вторичных максимумов и минимумов(см. рис. 13). Оно состоит из «световой метки» 9 (миниатюрной лампы накаливания), которуюможно перемещать в горизонтальном направлении винтом 10.

Расстояние l в мм от щели 2 (т.е.от середины центрального максимума) до «световой метки» определяют по линейке 11 (считывают значение напротив риски).6. Вращая винт 10, совместить «световую метку» с серединой первого минимума (для него k=1в формуле (12)). По линейке 11 определить расстояние l и записать результат в табл. 3. Повторить измерения 4 раза.7. Повторить измерения п.6 для второго минимума (k=2) третьего минимума (k=3) и т.д. Максимальное количество измеренных минимумов ограничивается условиями наблюдения, обычно- не менее пяти. Результаты измерений записать в табл.

3.Таблица 3b = …, L = …, λ = … (по результатам обработки)l, ммСреднееk<l>ϕsin=<l>, ммLПримечание: в таблице 10 строк8. Измерить линейкой расстояние L от лампы накаливания до щели (см. рис. 14), результат записать в табл. 3. Записать значение ширины щели b, приведенное на рейтере.9. По окончании измерений выключить натриевую лампу и световую метку.4Б. Обработка и анализ результатов измерений (часть Б).Задание Б2.1.

По результатам измерений l для каждого минимума (т.е. для различных значений k) вычислить среднее <l> и sinϕ=<l>/L.2. Построить графическую зависимость sinϕ от k. Через полученные точки и начало координатпровести наилучшую прямую.3. Сделать вывод, согласуется ли ход полученной зависимости с теоретической формулой (12).4. Используя полученный график и формулу (12), определить длину волны; результат записатьв табл.

3.5. Значения λ, полученные в опытах (если выполняли обе части А и Б) сравнить между собой исо справочными данными (590 нм).КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ1. Что называется дифракцией волн?2. В чем состоит принцип Гюйгенса-Френеля?3. Чем различаются дифракции в приближении Френеля и Фраунгофера ?4. Что такое зоны Френеля?5. Как объяснить возникновение черной точки в центре дифракционной картины от круглогоотверстия?6. Как объяснить пятно Пуассона?7.

Под какими углами наблюдаются максимумы и минимумы при дифракции Фраунгофера нащели?РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА1. Савельев И.В. Курс общей физики. В 3-х т. М.: Наука, 1978. т.2. 480 с.2. Ландсберг Г.С. Оптика. М.: Наука, 1976. 928 с.3. Бутиков Е.И. Оптика. М.: Высш. шк., 1986. 512 с..