Дифракция на одной щели

1. Наблюдать дифракционную картину при дифракции на одной щели в белом и монохроматическом свете (в схему вводится фильтр, выделяющий зеленую линию ртути с λ= 546,1 мм ). Дать качественные объяснения наблюдаемых явлений.

2. Измерить углы дифракции, соответствующие минимумам для трех значений ширины щели – 0,8; 0,9; 1,0 мм. По полученным данным рассчитать размер дифракционной щели (сравнить его с фактическим ).

3. Наблюдать изменения дифракционной картины при изменении ширины щелей 5 и 7 (рис.1). Щель 5 является источником, а щель 7 – дифракционной щелью. Дать качественное объяснение наблюдаемых явлений. Определить ширину щели 5, при которой исчезает дифракционная картина при дифракции на щели 7 шириной 0,3 мм.

7

1 2 3 4 5 6 9 10 11

Рис 1. Схема экспериментальной установки

1-блок питания 220 В, 50 Гц; 2- ртутная лампа ДРТ 220; 3- светофильтр (λ= 546,1 нм); 4- конденсор; 5 – спектральная щель (0-4мм; 0,001 мм); 6- объектив; 7 – спектральная дифракционная щель (0-4 мм; 0,01 мм); 8- двойные дифракционные щели; 9- объектив зрительной трубы (ƒ = 300 мм); 10- зрительная труба; 11- микроскоп МИР-Ι

Указания к выполнению задания № 1

1. Для наблюдения дифракции на щели используется стандартная спектральная щель УФ - 2. Пределы раскрытия щели- 0-4 мм при цене деления барабана механизма раскрытия щели 0,01 мм.
2. Для наблюдения дифракции собрать оптическую схему (см. рис.1) отъюстировать ее.

Юстировка заключается в том, чтобы привести центры всех оптических деталей на оптическую ось, а затем обеспечить их взаимное расположение так, как это указано на схеме установки. В противном случае наблюдать явление дифракции будет очень трудно или даже невозможно. Для юстировки необходимо выполнить следующие операции:

- включить ртутную лампу;

- установить центры всех оптических деталей на одной высоте, равной высоте центра объектива зрительной трубы;

- установить конденсор 4 и привести его центр к центру ртутной лампы на оптическую ось. Для этого перемещением лампы и конденсора в направлении, перпендикуляром рельсу, добиться такого их взаимного расположения, чтобы увеличенное и уменьшенное изображение тела свечения ртутной лампы находились на центре перекрестия;

- аналогичном образом отъюстировать объектив 6, только при этом ртутную лампу не смещать с выставленного положения;

- установить перед ртутной лампой светофильтр 3;

- спроецировать при помощи конденсора 4 изображение тела свечения лампы 2 на ножи щели 5. Изображение должно располагаться симметрично относительно ножей щели;

- сформировать при помощи объектива 6 параллельный пучок и заполнить светом объектив 9 зрительной трубы 10. Для получения параллельного пучка объектив 6 следует установить по отношению к щели 5 таким образом, чтобы изображение щели находилось на бесконечности или практически на расстоянии, равном 20-30 фокусным расстояниям (получить резкое расстояние ножей щели на потолке или стене);

- установить на рельс зрительную трубу 10 и, используя автоколлимацию, привести центр объектива на оптическую ось. Лучи света отраженные от первой поверхности объектива 9 зрительной трубы, соберутся объективом 6 в плоскости ножей щели 5. Разворотом корпуса зрительной трубы привести изображение щели на центр ножей щели;

- установить на рельс микроскоп и, перемещая его вдоль рельса, получить резкое изображение щели 5, которая в установке выполняет роль источника. Размер щели 5 должен быть не более 0,05 мм, чтобы получить изображение необходимой яркости;

- поместить перед объективом 9 зрительной трубы 10 спектральную щель 7 и наблюдать в окуляр микроскопа дифракционную картину;

- для наблюдения дифракционной картины в белом свете снять с установки светофильтр 3.

3. Для измерения углов дифракции вместо окуляра установить винтовой окуляр- микрометр. Углы дифракции определяются измерением расстояний _∆x от середины центрального максимума до минимума в дифракционной картине. Они рассчитываются по формуле , где =CN, причем N- число делений барабана окуляр – микрометра, f ^- фокусное расстояние объектива 9 (см. рис. 1). Для исключения влияния неточного совмещения перекрестия с серединой центрального максимума целесообразно проводить измерения величины 2 , наводя перекрестие на одноименные минимумы по разные стороны от центрального максимума. Для расчета ширины дифракционной щели используются величины , измеренные для четырех - пяти минимумов. Ширину удобно определять графоаналитическим способом. Для этого построить график зависимости номера минимума m от величины , ширину щели рассчитать по формуле .

4. Для определения ширины щели 5, при которой исчезает дифракционная картина, установить ширину щели 7, равной 0,3 мм. Увеличивая ширину щели 5, зафиксировать момент исчезновения дифракционной картины. Снятый по барабану щели 5 отсчет и будет искомой величиной. Полученный результат сравнить с «нормальной» шириной щели, рассчитанной по формуле ( - фокусное расстояние объектива 6).