Задание 2. Дифракция Фраунгофера на одномерной дифракционной решетке

1. Удостоверьтесь, что установка отъюстирована.

2. На оптическую скамью поставьте линзу-конденсор (модуль 5) вплотную к излучателю. Расположите микропроектор (модуль 2) на отметке 67 см. Установите между конденсором и микропроектором объектив (модуль 6) и, перемещая его, сфокусируйте световой пучок (объектив должен быть ближе к конденсору, чем к микропроектору). При этом на фронтальном экране установки должна быть видна яркая точка малых размеров. Между объективом и микропроектором установите двухкоординатный держатель (модуль 8). Вращая юстировочные винты объектива, поставьте эту точку на отметку 70 см.

3. Расположив модуль 8 сразу за объективом, поместите в его объектную плоскость объект 27 (пара щелей). На экране возникнет характерная для опыта Юнга дифракционная картина.

4. Замените объект 27 объектом 29 (три щели). Отличие полученной картины от предыдущей должно быть в том, что между любыми двумя главными максимумами располагается один побочный максимум.

5. Замените объект 29 объектом 30 (четыре щели). Если присмотреться внимательно, то побочных максимумов обнаружится два, но меньшей интенсивности. Ясно, что при увеличении количества щелей количество побочных максимумов возрастет, а интенсивность их сойдет на нет. Поэтому при большом количестве щелей отчетливо видны будут только главные максимумы, интенсивность которых будет спадать к периферии (см. раздел 7.2).

6. Замените объект 30 объектом 32 – линейной решеткой и убедитесь в вышесказанном. Видно, что чем меньше ширина щелей, тем дальше друг от друга отстоят максимумы (в полном соответствии с фундаментальным соотношением дифракции – чем меньше препятствие, тем больше отклонение волны от прямолинейного распространения).

7. Измерьте расстояние от риски модуля 8 до риски микропроектора.

8. Определите расстояние между максимумами 1-го, 2-го и 3-го порядков ( , где - координата соответствующего максимума).

9. Измерьте с помощью микропроектора период решетки. Для этого выньте объект 32 из двухкоординатного держателя и поместите в кассету микропроектора. Расфокусируйте систему, передвинув объектив на 0,5 – 1 см. При этом на экране установки должно возникнуть увеличенное изображение нескольких щелей решетки. Измерьте расстояние D между центрами изображений двух соседних щелей (или между их соответствующими краями) и найдите период решетки с учетом увеличения микропроектора: .

10. Так как при малых , то из (7.7) следует, что . Рассчитайте по этой формуле длину волны излучения. Не забудьте сначала разделить на увеличение микропроектора β = 18.

11. Повторите пункты 7-11 для объекта 31.

12. Результаты занесите в таблицу:

№ объекта		d, мм

Сделайте вывод о проделанной работе.

Контрольные вопросы

1. Записать условие выполнения законов геометрической оптики, условие наблюдения дифракции Френеля, условие наблюдения дифракции Фраунгофера.

2. При помощи теории зон Френеля получите условие наблюдения дифракционных максимумов при дифракции Фраунгофера на одной щели. Какой из максимумов будет самым ярким?

3. Дать определение одномерной дифракционной решетки. Получить условие наблюдения главных максимумов.

4. Сколько дополнительных максимумов наблюдается между двумя главными максимумами дифракционной решетки?

5. Практическое применение дифракционных решеток.

6. Свет с длиной волны 600 нм падает нормально на дифракционную решетку. Максимум второго порядка наблюдается под углом 15⁰. Определить: а) число штрихов, приходящееся на 1 мм дифракционной решетки; б) под каким углом наблюдается максимум первого порядка; в) под каким углом наблюдается максимум старшего порядка?