ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ
Включить электропитание комплекса и выбрать лазерный источник света. Длина волны источника и расстояние его от экрана L указаны на передней панели установки.
Упражнение №1
Работа с пластинкой, имеющей одну щель
1. Установите пластинку, имеющую одну щель, в положение, перпендикулярное направлению светового пучка. При этом стрелка, закреплённая на оси вращения пластинки со щелью, должна указывать на 0 .
2.Зарисуйте полученную на экране дифракционную картину от одной щели.
3.Измерьте линейкой расстояния x1min и x1max между центрами
минимумов и максимумов первого порядка (по обе стороны от центрального максимума). Полученные значения занесите в табл. 1.
|
|
|
|
|
|
Таблица 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
, мкм |
L, мм |
x1min , мм |
a, мм |
xmax1 , мм |
a, мм |
0 |
|
|
|
|
|
|
30 |
|
|
|
|
|
|
4.По формулам (7) и (8) найдите ширину щели a и занесите полученные значения в табл. 1.
5.Поверните щель на угол 30 по отношению к первоначальному положению и повторите пункты 2–4.
Упражнение №2
Работа с пластинками, имеющими две и четыре щели
Две щели (N=2)
1. Установите пластинку, имеющую две щели, в положение, перпендикулярное направлению светового пучка. При этом стрелка, закреплённая на оси вращения пластинки с N=2, должна указывать на 0 .
2. Зарисуйте полученную на экране дифракционную картину от двух щелей.
23
3.Измерьте линейкой расстояние xmaxk между центрами
максимумов k-го порядка (по обе стороны от центрального максимума). Желательно выбирать чёткие максимумы более высоких порядков.
Полученное значение xmaxk и соответствующий номер выбранного максимума k-го порядка занесите в табл. 2.
|
|
|
|
|
Таблица 2 |
|
|
|
|
|
|
|
, мкм |
L, мм |
k |
xmaxk , мм |
d2, мм |
0 |
|
|
|
|
|
30 |
|
|
|
|
|
60 |
|
|
|
|
|
4.По формуле (18) найдите период пластинки d2 с двумя щелями и занесите полученное значение в табл. 2.
5.Поверните пластинку с двумя щелями на угол 30 по отношению к первоначальному положению и повторите пункты 2–4.
6.Поверните пластинку с двумя щелями на угол 60 по отношению к первоначальному положению и повторите пункты 2–4.
Четыре щели (N=4)
1. Установите пластинку, имеющую четыре щели, в положение, перпендикулярное направлению светового пучка. При этом стрелка, закреплённая на оси вращения пластинки с N=4, должна указывать на 0 .
2.Зарисуйте полученную на экране дифракционную картину от четырёх щелей.
3.Измерьте линейкой расстояние xmaxk между центрами
максимумов k-го порядка (по обе стороны от центрального максимума). Желательно выбирать чёткие максимумы более высоких порядков.
Полученное значение xmaxk и соответствующий номер выбранного максимума k-го порядка занесите в табл. 3.
|
|
|
|
|
|
Таблица 3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, мкм |
L, мм |
k |
xmaxk , мм |
d4, мм |
0 |
|
|
|
|
|
|
30 |
|
|
|
|
|
|
60 |
|
|
|
|
|
|
Мmin=… |
60 |
|
|
|
|
|
Мmax=… |
60 |
|
|
|
|
|
24
4.По формуле (18) найдите период пластинки d4 с четырьмя щелями
изанесите полученное значение в табл. 3.
5.Поверните пластинку с четырьмя щелями на угол 30 по отношению к первоначальному положению и повторите пункты 2–4.
6.Поверните пластинку с четырьмя щелями на угол 60 по отношению к первоначальному положению и повторите пункты 2–4.
Дополнительное задание
7.Визуально определите количество добавочных минимумов Мmin и максимумов Мmax. Полученные значения занесите в табл. 3.
8.Повторите пункты 2–4 для одного добавочного минимума и максимума, используя для расчёта формулы (19) и (20).
Упражнение №3
Работа с одномерной и двумерной дифракционными решётками
Одномерная дифракционная решётка
1. Установите одномерную дифракционную решётку в положение, перпендикулярное направлению светового пучка. При этом стрелка, закреплённая на оси вращения пластинки с одномерной решёткой, должна указывать на 0 .
2.Зарисуйте полученную на экране дифракционную картину от одномерной дифракционной решётки.
3.Измерьте линейкой расстояние xmaxk между центрами
максимумов k-го порядка (по обе стороны от центрального максимума). Желательно выбирать чёткие максимумы более высоких порядков.
Полученное значение xmaxk |
и соответствующий номер k выбранных |
|||||
максимумов одного порядка занесите в табл. 4. |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
Таблица 4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
, мкм |
L, мм |
k |
xmaxk , мм |
dN, мм |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
30 |
|
|
|
|
|
|
60 |
|
|
|
|
|
|
25
4.По формуле (18) найдите период одномерной дифракционной решётки dN и занесите полученное значение в табл. 4.
5.Поверните пластинку с одномерной дифракционной решёткой на
угол 30 по отношению к первоначальному положению и повторите пункты 2–4.
6. Поверните пластинку с одномерной дифракционной решёткой на угол 60 по отношению к первоначальному положению и повторите пункты 2–4.
Двумерная дифракционная решётка
1. Установите двумерную дифракционную решётку в положение, перпендикулярное направлению светового пучка. При этом стрелка, закреплённая на оси вращения пластинки с двумерной решёткой, должна указывать на 0 .
2.Зарисуйте полученную на экране дифракционную картину от двумерной дифракционной решётки.
3.Измерьте линейкой расстояния xmaxk и ymaxk между максимумами k-го порядка (по обе стороны от центрального максимума) вдоль осей X и Y. Измеренные расстояния xmaxk , ymaxk и номера kx, ky выбранных максимумов одного порядка вдоль осей X и Y занесите в табл. 5.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, мкм |
L, мм |
|
k |
xk |
, yk |
, |
dx , dy , мм |
||||
|
max |
|
max |
|
||||||||
|
|
мм |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
0 |
|
|
k |
|
|
xk |
|
|
|
d |
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
60 |
|
|
x |
|
|
max |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
k |
|
|
yk |
|
|
|
d |
y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
60 |
|
|
y |
|
|
max |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4.По формулам (25) и (26) найдите периоды dx и dy двумерной дифракционной решётки и занесите полученные значения в табл. 5.
5.Поверните пластинку с двумерной дифракционной решёткой на
угол 60 по отношению к первоначальному положению и повторите пункты 2–4.
6.Сравните между собой периоды dx и dy двумерной дифракционной решётки и сделайте соответствующий вывод.
7.Объясните наблюдаемые изменения дифракционной картины в зависимости от угла поворота пластинки.
26
Контрольные вопросы
1.В чём заключается явление дифракции света? Дифракция Фраунгофера.
2.Объясните с помощью принципа Гюйгенса-Френеля явление дифракции.
3.В чём заключается метод зон Френеля?
4.Рассчитать условия максимумов и минимумов света при дифракции на щели по методу зон Френеля.
5.Дифракционная решётка. Постоянная дифракционной решётки.
6.Условия главных и добавочных максимумов и минимумов. Зависимость интенсивности и ширины главных максимумов от количества щелей.
7.Сделайте сравнительную оценку дифракционных картин, полученных на щели и на решётке. Какая из них имеет преимущества и в чём они состоят?
8.Почему изменяются положения максимумов и минимумов при повороте объектов исследования по отношению к падающему на них световому потоку?
9.Двумерная дифракционная решётка. Объясните дифракционную картину на двумерной решётке.
Лабораторная работа №34*
ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ ПОЛЯРИЗОВАННОГО СВЕТА
Цель работы – исследовать свойства поляризованного света. Приборы и принадлежности: модульный учебный комплекс МУК-О.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Естественный и поляризованный свет
Свет является электромагнитной волной, т. е. волной, в которой происходят колебания векторов E и H (E – вектор напряжённости электрического поля, H – вектор напряжённости магнитного поля).
Электромагнитная волна поперечна, так как колебания векторов E и H перпендикулярны направлению её распространения. Таким образом, три
вектора (E , H и скорость распространения волнового фронта ) взаимно перпендикулярны и образуют правую тройку векторов. Как показывает
27