5.12 (810521)
Текст из файла
Московский физико-технический институт(государственный университет)В работе используются: оптическая скамья, ртутная лампа, монохроматор, щели с регулируемой шириной, рамка с вертикальной нитью, двойная щель, микроскоп на поперечных салазках с микрометрическим винтом, зрительная труба.В работе исследуется дифракция Френеля и Фраунгофера, изучаетсявлияние дифракции на разрешающую способность оптических инструментов. Перед выполнением работы необходимо ознакомиться с теориейдифракции, методом зон Френеля и векторной диаграммой Корню (см.,например, [1]).А.Дифракция ФренеляИЗУЧЕНИЕ ДИФРАКЦИИ СВЕТАСхема установки для наблюдения дифракции Френеля представлена на рис. 1. Световые лучи освещают щель S2 и испытывают на нейдифракцию. Дифракционная картина рассматривается с помощью микроскопа М, сфокусированного на некоторую плоскость наблюдения П.ЛS1CЛабораторная работа № 5.12:zS2O11qПМs- f1 - a-Рис. 1.
Схема установки для наблюдения дифракции ФренеляМОСКВА 2005Щель S2 освещается параллельным пучком монохроматического света с помощью коллиматора, образованного объективом O1 и щелью S1 ,находящейся в его фокусе. На щель S1 сфокусировано изображение спектральной линии, выделенной из спектра ртутной лампы Л при помощипростого монохроматора C, в котором используется призма прямого зрения.Распределение интенсивности света в плоскости наблюдения П прощевсего рассчитывать с помощью зон Френеля (для щели их иногда называют зонами Шустера). При освещении щели S2 параллельным пучкомлучей (плоская волна) зоны Френеля представляют собой полоски, параллельные краям щели (рис.
2). Результирующая амплитуда в точкенаблюдения определяется суперпозицией колебаний от тех зон Френеля, которые не перекрыты створками щели. Графическое определениерезультирующей амплитуды производится с помощью векторной диа3граммы — спирали Корню. Суммарная ширина m зон Френеля zm определяется соотношением√zm = amλ,(1)где a — расстояние от щели до плоскости наблюдения (рис. 1), а λ —длина волны (см., например, [1] или [2]).Вид наблюдаемой дифракционной картиныz2определяется числом Френеля Φ: квадрат числа- z1ФренеляDΦ2 = √aλ— это отношение ширины щели D к размеру первой зоны Френеля, т.е. число зон Френеля, которые укладываются на ширине щели.
Обратнуювеличину называют волновым параметром√aλ1.p= 2 =ΦD-DРис. 2. Зоны Френеля вплоскости щелиДифракционная картина отсутствует, когда плоскость наблюдения Псовпадает с плоскостью щели: при Φ → ∞ мы имеем дело с геометрической оптикой. При небольшом удалении от щели, когда число ФренеляΦ 1 (на щели укладывается огромное число зон), распределение интенсивности света за щелью также можно получить с помощью законовгеометрической оптики (приближённо). Дифракционная картина в этомслучае наблюдается только в узкой области на границе света и тениу краёв экрана.При последующем небольшом удалении от щели (или изменении ширины щели S2 ) эти две группы дифракционных полос перемещаютсяпрактически независимо друг от друга. Каждая из этих групп образуеткартину дифракции Френеля на краю экрана.
Распределение интенсивности при дифракции света на краю экрана может быть найдено с помощью спирали Корню.При дальнейшем увеличении расстояния a (или уменьшении шириныщели S2 ) обе системы дифракционных полос постепенно сближаются и,наконец, при Φ & 1 накладываются друг на друга. Распределение интенсивности в плоскости наблюдения в этом случае определяется числомзон Френеля, укладывающихся на полуширине щели. Если это числоравно m, то в поле зрения наблюдается n = m − 1 тёмных полос.
Таким образом, по виду дифракционной картины можно оценить числозон Френеля на полуширине щели.4ЗАДАНИЕВ этом упражнении предлагается исследовать дифракцию Френеляна узкой щели, на краю экрана, на тонкой нити.I. Подготовка приборов к работе1. Соберите схему согласно рис. 1. Для этого включите ртутную лампу,поставьте входную щель S1 за монохроматором и сфокусируйте на неёзелёную линию спектра. Откройте щель пошире и с помощью экрана илилиста белой бумаги проверьте, что луч идёт вдоль оптической скамьи.2.
Для освещения параллельным пучком щели S2 (щель с микрометрическим винтом!) установите линзу O1 на расстоянии от щели S1 , близкомк фокусному (оно указано на оправе линзы). Точная настройка пучка напараллельность осуществляется с помощью зрительной трубы, настроенной на бесконечность.3. Для настройки зрительной трубы на бесконечность сначала настройтееё окуляр: поворотом глазной линзы добейтесь появления в поле зрениячёткого изображения окулярной шкалы или креста; затем вращениемвинта кремальеры найдите чёткое изображение удалённого объекта (окно в конце коридора). Запомните показания винта кремальеры, чтобыисключить случайный сбой настройки.4. Поставьте зрительную трубу за линзой O1 . Убедитесь, что пучок светапроходит через центр линзы и попадает на центр объектива зрительнойтрубы.Слегка перемещая линзу O1 вдоль оси системы, найдите в окулярезрительной трубы резкое изображение входной щели S1 .
Закрепите входную щель и линзу на оптической скамье.5. Определите нуль микрометрического винта щели S2 : глядя сквозь щельна окно или лампу накаливания, определите момент её открытия. Повторите эту процедуру несколько раз, вращая винт всё медленнее, и зафиксируйте новое значение нуля. Максимальная ширина щели — 0,4 мм,один оборот винта — 100 дел— соответствует 0,1 мм (цена деления —0,001 мм).
Установите ширину щели 0,2–0,3 мм.Поставьте щель S2 за линзой O1 и закрепите.6. Сфокусируйте микроскоп на щель S2 . Для этого сначала, глядя в окулярмикроскопа, убедитесь, что окулярная шкала видна чётко. Если нет —подстройте окуляр под свой глаз: вытащив окуляр из тубуса, направьтеего на любой яркий объект (лампу, окно) и поворотом глазной линзы (перемещением её вдоль оси окуляра) добейтесь чёткого видения окулярнойшкалы. Настроив окуляр, поставьте его на место.Предметная плоскость микроскопа расположена практически в фокусе его объектива (обычно это 2–4 см). Поставьте микроскоп за щелью S 25так, чтобы указатель продольного перемещения салазок микроскопа былрасположен со стороны окуляра.
Убедитесь с помощью экрана, что световой пучок попадает на объектив.Перемещая микроскоп вдоль оптической оси, найдите в окуляре резкое изображение щели S2 . Проверьте, что при небольшом удалении микроскопа от щели на ярком фоне изображения щели (сначала около краёв) появляются узкие тёмные полосы, количество которых уменьшаетсяпо мере удаления микроскопа (дифракция в ближней волновой зоне).7. Методом последовательных приближений попытайтесь увеличить контрастность картины. Она зависит от ширины щели S1 (при уменьшениищели растёт контрастность, но падает яркость), от центрировки линзы O1 , от равномерности освещения щелей и их параллельности.II.
Измерения8. Добившись наибольшей чёткости дифракционной картины, снова найдите резкое изображение щели (чёткие края без дифракционных полос).Запишите начальное положение микроскопа — координату по шкале продольной линейки, расположенной на оптической скамье.Если тубус микроскопа закреплен на подставке с продольной шкалой,зафиксируйте начальное положение микроскопа по этой шкале.9. Постепенно отодвигая микроскоп от щели S2 , заметьте по шкале положение микроскопа, при котором на фоне щели видна одна темная полоса. Смещение микроскопа от первоначального положения (от резкогоизображении щели) даёт величину a — расстояние от щели до плоскости наблюдения [см. рис.
1 и формулу (1)]. Если это расстояние меньшедвух см, следует увеличить ширину щели S2 и снова поработать надконтрастностью картины (см. п. 7).Приближая микроскоп к щели, снимите зависимость координатымикроскопа от числа n наблюдаемых тёмных полос. При хорошей настройке можно увидеть 4–5 полос.10. Измерьте ширину D щели S2 , используя микрометрический винт поперечных салазок микроскопа (один оборот винта — 100 дел.
— 1 мм).Освещённость изображения увеличится, если осветить щель настольнойлампой.Сравните результат с показаниями микрометрического винта щели S2 . В случае заметного расхождения (причиной может быть люфт)откройте щель пошире и снова сравните результаты измерения ширины.Влияние люфта можно исключить, если при измерениях вращать винтв одну сторону.6III. Качественные наблюденияВновь сфокусируйте микроскоп на щель. При небольшом удалениимикроскопа от щели у её краёв появляются узкие частые полосы. Это дифракция на краю экрана.
Обратите внимание, что возле границы щелирасположена самая яркая светлая полоса.11. Закрепите микроскоп на оптической скамье и проследите за изменениемдифракционной картины при уменьшении ширины щели S2 . Опишитерезультат.12. Для исследования дифракции Френеля на препятствии поставьте вместо щели S2 рамку с тонкой вертикальной нитью. Настройте микроскопна резкое изображение нити. Убедитесь, что при удалении микроскопаот нити на её фоне всегда наблюдается чётное число тёмных дифракционных полос (светлый центр).IV.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
