Прибор для измерения длины световой волны

ПРИБОР ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЛИНЫ ВОЛНЫ СВЕТА СОСТАВ ПРИБОРА: 1. Направляющая линейка 1 2. Источник света на рейторе 1 3. Диафрагмы в виде круглого отверстия, щели, буквы F в слайдовской рамке 1 4. Двойная щель, две одиночных щели различной ширины, два круглых отверстия различного диаметра, «нить» в слайдовской рамке 1 5. Блок из четырех дифракционных решеток 50, 75, 300, 600 штрихов на мм. 1 6. Рейтор 1 ПЕРЕЧЕНЬ ОПЫТОВ И ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ. 1. Интерференция света, прошедшего через двойную щель. Грубое измерение длины волны. 2. Дифракция световой волны на щели с прямыми краями. Измерение ширины щели. 3. Многолучевая интерференция. Дифракционная решетка. Точное измерение длины световой волны. 4. Определение постоянной решетки. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ. В опытах по волновой оптике, выполняемых на данном приборе, наблюдаемые интерференционные и дифракционные картины образуются не на экране, а непосредственно на сетчатке глаза наблюдателя. Многолучевая интерференция. Дифракционная решетка. Точное измерение длины волны. Цель работы: Познакомиться на опыте с явлением многолучевой интерференции световых волн. Используя дифракционную решетку с известными расстояниями между штрихами, измерить длину волны света. Оборудование: Оптическая скамья, держатель с источником света, рамка с щелью, Рамка с дифракционными решетками. Источник света в держатели помещаем на самом конце скамьи. На источник света одеваем маску в виде щели ориентированной вертикально. Маска удерживается на рейторе с помощью магнитов. На маске находится шкала. На другом конце скамьи помещаем держатель с дифракционными решетками. Так как решеток в блоке четыре штуки необходимо выводить на оптическую ось решетку с необходимым количеством штрихов. Наблюдая светящуюся щель сквозь решетку как через окуляр, видим по обе стороны от нее на одинаковых расстояниях яркие слегка уширенные изображения щели. На вдвое больших расстояниях от щели можно увидеть еще два менее ярких изображения. Наблюдаемые боковые изображения соответствуют главным максимумам многолучевой интерференционной картины. Эти максимумы образованы дифрагировавшими на решетке волнами первого и второго порядков. Направление 0 Дифрагирующих волн для максимумов разных порядков n определяется формулой: Здесь d-постоянная решетки, длина световой волны. Ближние яркие изображения соответствуют максимумам порядков n = 1 и п = -1. Для измерения длины волны при известном значении постоянной решетки необходимо определить угол, соответствующий направлению на какой либо из главных максимумов. Это можно сделать, измерив по шкале расположенной около светящейся щели расстояние между ее видимым положением и самой щелью главный максимум нулевого порядка при визуальном совмещении с линейкой видимых сквозь решетку изображений щели. Для расчета соответствующего угла 0 нужно измерить также расстояние от глаза до шкалы. Изложенную выше методику можно использовать для измерения постоянной решетки, если известна длина волны излучения источника. ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ СВЕТА. ИЗМЕРЕНИЕ ДЛИНЫ ВОЛНЫ. Цель работы: Познакомиться на опыте с явлением интерференции световых волн. Используя двухлучевую дифракционную картину от двух щелей с известным расстоянием, измерить длину световой волны. Оборудование: Оптическая скамья, держатель с источником света, рамка одиночной щелью, рамка с двойной щелью. Источник света в держателе помещаем на самом конце скамьи. На источнике фиксируем маску в виде щели ориентированной вертикально. На другом конце шкалы помещаем держатель и укрепляем на нем маску с двойной щелью. Глядя на светящуюся щель сквозь двойную щель как через окуляр видим, что изображение светящейся щели растягивается в горизонтальную полоску. Яркость полоски постепенно уменьшается от середины к краям. Эта полоска прорезана темными вертикальными эквидистантными линиями- минимумами интерференционной картины от двух щелей. Все максимумы интерференционной картины имеют одинаковую ширину. Угловое расстояние О между соседними максимумами или соседними минимумами определяется из условия, что для направлений на соседние максимумы разность хода двух интерферирующих волн раина длине световой волны. Здесь d – расстояние между щелями. Для измерения угла совмещаем видимую сквозь двойную щель шкалу с интерференционной картиной, и подсчитываем число полос, умещающихся между какими либо делениями шкалы. Для уменьшения ошибки измерения следует брать максимально большое число интерференционных полос. Для расчета угловой ширины полос нужно также измерить расстояние от глаза до линейки. ДИФРАКЦИЯ НА ЩЕЛИ С ПРЯМЫМИ КРАЯМИ. ИЗМЕРЕНИЕ ШИРИНЫ ЩЕЛИ. Цель работы: Познакомиться на опыте с явлением дифракции световых волн на щели с прямыми краями. Используя монохроматический свет с известной длиной волны, определить ширину щели. Оборудование: Оптическая скамья, держатель с источником света, рамка с щелью, рамка с двумя щелями различной ширины. Как и в предыдущих опытах, источник света в держателе помещаем на самом краю скамьи. На источник света надеваем маску в виде щели, ориентированной вертикально. В держатель на другом конце скамьи помещаем рамку с узкой щелью ориентированной вертикально. Наблюдая сквозь эту щель как через окуляр светящуюся щель источника, видим, как ее изображение вытягивается в горизонтальную полоску ориентированную перпендикулярно краям щели, через которую ведется наблюдение. Полоска прорезана узкими темными вертикальными полосами, минимумами дифракционной картины от щели. Между минимумами расположены светлые участки. Яркость каждого светлого участка плавно уменьшается от середины максимум дифракционной картины к его краям. Центральный максимум имеет наибольшую яркость. Его угловая ширина вдвое больше одинаковой угловой ширины побочных максимумов. Следует обратить внимание на сходство и различие дифракционных картин от одной и двух щелей. Напомним, что в случае двух щелей все максимумы имеют одинаковую ширину. Угловое расстояние между темными полосами, ограничивающими побочные максимумы дифракционной картины т.е. угловое расстояние О от середины до края центрального максимума, определяется выражением: Здесь d – ширина щели, - длина световой волны. Измерив угловую ширину центрального максимума по изложенной выше методике, можно рассчитать ширину щели при известном значении длины волны