Экспериментальная установка. Для получения параллельного пучка света используется коллиматор (см

Для получения параллельного пучка света используется коллиматор (см. рис.5), который состоит из тубуса, на одном конце которого расположена щель S, на другом конце - объектив O₁. Щель S устанавливается в фокальной плоскости O₁, поэтому на выходе из коллиматора образуется параллельный пучок света. Щель коллиматора освещается ртутной лампой (схема включения приводится в работе 2). Для наблюдения дифракции Фраунгофера используется зрительная труба, установленная на бесконечность (на рис.1 показан лишь объектив трубы O₂). С этой целью она наводится на предмет, удаленный от трубы не менее, чем на 20 м; в этом положении и фокусируется окуляр (см. работы 4 и 7). Зрительная труба, коллиматор и щель Щ или дифракционная решетка устанавливаются на оптической скамье. Смещением щели коллиматора вдоль оси тубуса добиваются четкого изображения ее в поле зрения трубы.

рис. 5	рис. 6

Для измерения углов дифракции в окуляре зрительной трубы размещается сетка (или окуляр заменяется окулярным микрометром, см. работу 2). Цена деления окулярной сетки градуируется в угловых единицах; для этого труба наводится на линейный масштаб, удаленный на расстояние более 20 м. Измеряется число делений n окулярной сетки и число делений N масштаба, с которыми совмещаются соответствующие деления сетки; измеряется расстояние d от трубы до масштаба; угловая цена деления окулярной сетки будет равна N/(nd). Для исследования дифракции на одной щели рекомендуется щель типа УФ-2. Ширину такой щели можно изменять в пределах от 0,4 до 0,001 мм с помощью микрометрического механизма. При наблюдении дифракции на двух щелях используется установка, что и при исследовании одной щели; в этом случае одинарная щель S заменяется двойной щелью.

Для определения длины волны с помощью дифракционной решетки на оптической скамье (или на специальной рейке) укрепляется решетка Р и щель Щ (рис.6); штрихи решетки и края щели должны быть параллельны друг другу. Щель освещается источником света S (например, ртутной лампой, см. работу 2). Перпендикулярно к оси оптической скамьи укрепляется миллиметровая линейка с подвижным указателем. Штрихи линейки устанавливаются параллельно штрихам дифракционной решетки. Щель рассматривается через решетку глазом. На линейку проецируются изображения главных максимумов, положение которых отмечается указателем; затем измеряется расстояние l_m между указателем и максимумом нулевого порядка (т.е. от щели) и расстояние L между щелью и решеткой. После измерений рассчитываются углы дифракции по соотношению tgj = l_m / L.

По известному значению периода решетки (оно обычно указывается на ее оправе) рассчитывается длина волны.

Углы дифракции можно измерить с помощью гониометра (см. работу 7). Для освещения решетки в этом случае используется коллиматор гониометра и его зрительная труба. Дифракционная решетка устанавливается на столике гониометра таким образом, чтобы ее плоскость была перпендикулярна оптической оси гониометра. Эта установка проводится так же, как и установка грани призмы - перпендикулярно к оптической оси гониометра (см. работу 7).

Задание

1.Собрать и провести юстировку установки, схема которой представлена на рис.5; коллиматор освещается ртутной лампой через зеленый светофильтр. Изменяя ширину щели S коллиматора, определить наилучшие условия для наблюдения дифракции на одной щели; объяснить наблюдаемые явления.

2.Провести наблюдение дифракции на одной щели, определить по делениям окулярной решетки положения главных минимумов; зафиксировать ширину щели. Сделать чертеж, на котором указать положения максимума нулевого порядка и главных минимумов и ширину щели. Затем изменить ширину щели в 2-3 раза. Провести измерения в том же порядке, затем построить чертеж для другой ширины щели.

3.Провести наблюдение дифракции на двух щелях. В этом случае щель УФ-2 заменяется двойной щелью, изготовленной из лезвий безопасных бритв; ширина каждой щели a = 0,15 мм, расстояние между ними в = 1,05 мм. Сначала проводится наблюдение дифракционной картины от одной щели; при этом вторая щель перекрывается соответствующей шторой. Затем открывается вторая щель и наблюдается появление системы светлых и темных полос в пределах максимума нулевого порядка, который образуется при дифракции от одной щели. Такие полосы появляются и в максимумах других порядков. Экспериментально определить число темных полос в пределах максимума нулевого порядка от одной щели и провести сравнение с рассчитанными значениями по (15) (при N = 2).

4.Измерить углы дифракции на решетке; рассчитать длину волны. По указанию преподавателя используется или гониометр, или установка, схема которой приведена на рис.6. При малых углах дифракции можно использовать для определения углов зрительную трубу с отградуированной в угловых единицах окулярной меткой.

5.Провести наблюдение дифракционного спектра в белом свете. Щель коллиматора в этом случае освещается лампой накаливания. Провести качественное описание спектра (какие волны - по цветовой оценке - имеют большие углы дифракции, почему и т.д.).

Вопросы

1.Объяснить дифракцию на одной щели и дифракционной решетке.

2.Объяснить наличие главных максимумов, дополнительных минимумов при дифракции света на решетке.

3.Какими способами можно определить длину световой волны с помощью дифракционной решетки?

4.Почему край спектра нулевого порядка при освещении щели немонохроматическим светом имеет цветную окраску?

5.Как изменяется дифракционная картина от двух щелей по сравнению с дифракционной картиной от одной щели?

6.При каком способе измерений будет меньше погрешность - при визуальном отсчете или при использовании гониометра?

7.Как изменится дифракционная картина, если закрыть половину щелей решетки? 1/4? Провести наблюдение. Как изменится дифракционная картина, если на решетку направить волны под большим углом падения? Провести наблюдение.

Литература

1. И. В. Савельев. Курс общей физики, 1978. Гл. ХVШ.

2. Г. С. Ландсберг. Оптика, 1975. §§39,46.

3. А. Матвеев. Оптика, 1985. Гл.6.

4. Н. И. Калитеевский. Волновая оптика,1978. Гл. V.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: