Монохроматического  света  на  круглом  отверстии

 

Цель работы - исследование картины дифракции от круглого отверстия, определение радиуса этого отверстия.

Оборудование: гелий-неоновый лазер, телескопическая система линз, насадка на лазер, пластинка с отверстиями разного диаметра, линза.

 

Описание лабораторной установки

 

Схема установки дана на рис. 2.11. Параллельный монохроматический пучок света от лазера 1 проходит через телескопическую систему линз 2 и падает на пластину с отверстиями 3. Телескопическая система предназначена для расширения диаметра светового пучка. Дифракционная картина, возникающая в точке , отображается с помощью линзы 4 на экран 5 в точку . Если изменить положение линзы 4, то на экране получим дифракционную картину в другой точке наблюдения - .

4

3

1

2

5

Рис. 2.11

Пусть для точки  открыто  зон, а для точки  – на   зон меньше, т. е.  зон. Число  равно количеству переходов освещенности между максимумом и минимумом при перемещении линзы от положения на рис. 2.12, а к положению на рис. 2.12, б.

а

б

Рис. 2.12

 

Радиус отверстия  для положения на рис. 2.12, а

 

,

 

для положения на рис.2.12, б

 

Решив совместно эти уравнения, получим

 

 

Из рис. 2.12 следует, что

 

,

 

Расстояния ,  от пластины с отверстием до линзы измеряются
непосредственно. Расстояния ,  от дифракционной картины в точке  или  до линзы вычисляются по формуле тонкой линзы:

 

 

где  – расстояние от линзы до экрана 5 измеряется непосредственно на установке;  – фокусное расстояние линзы. Радиус отверстия  вычисляется по формуле (2.21).

Порядок выполнения работы

 

Лабораторная работа выполняется в следующем порядке.

1. Включить лазер.

2. Собрать установку согласно рис. 2.11.

3. Установить линзу 4 так, чтобы на экране наблюдались одно или два кольца дифракционной картины и минимум освещенности в центре картины.

4. Определить значения  и .

5. Медленно приближая линзу 4 к экрану и наблюдая на экране изменение освещенности, отсчитать  переходов освещенности между минимумом и максимумом в центре картины.

6. Зафиксировав линзу после пяти изменений освещенности, определить расстояние  и .

7. По формулам (2.22) и (2.23) рассчитать величины , , , .

8. По формуле (2.21) рассчитать радиус отверстия r.

9. Повторить измерения три раза. Определить среднее значение . Оценить погрешность измерения .

10. Все результаты занести в табл. 2.1.

 

 

Таблица 2.1

 

№  п/п

1 2 3 4 5

 

11. Сделать вывод по результатам работы.

 

 

Лабораторная работа № 5

 

ИЗУЧЕНИЕ  ДИФРАКЦИИ  БЕЛОГО  СВЕТА

 НА  ДИФРАКЦИОННОЙ  РЕШЕТКЕ

 

Цель работы - определение границ видимой части спектра лампы накаливания.

Оборудование: источник света (лампа накаливания), экран со щелью и шкалой, прозрачная дифракционная решетка.