Цель работы – Изучение распределения интенсивности на дифракционных картинах Фраунгофера от щели.
Оборудование – модульный лабораторный учебный комплекс ЛКО-1.
Методика эксперимента
Щелью называют прямоугольное отверстие, у которого размер 
(рис. 53).
При дифракции на щели дифракционная картина будет растянута в направлении, перпендикулярном щели (вдоль оси 
), а в направлении, параллельном щели (вдоль оси 
) её размер будет малым. Распределение интенсивности определяется выражением (76).
(76)
где 
.
Условие минимумов интенсивности света в плоскости наблюдения ( 
) определяется формулой:
, (77)
где 
.
Порядок выполнения работы
1. Перед началом работы изучите общую теорию явления дифракции (разделы 1-7) и дифракцию Фраунгофера на щели и дифракционной решётке (разделы 9-11).
2. Изучите устройство и правила эксплуатации комплекса ЛКО-1 и используемых в работе модулей в Приложении 5.
2. Ознакомьтесь с порядком включения и выключения лазерного источника света и инструкцией по технике безопасности. Обратите особое внимание на недопустимость попадания в глаза прямого лазерного излучения.
3*. Включите лазерный источник света.
Внимание. Пункты, помеченные звёздочкой, выполняет преподаватель или лаборант.
Задание № 1
1. Соберите схему для наблюдения дифракции в сходящейся волне согласно рис 33, но без модуля 8 (экран Э3). Подберите положение объектива О (модуль 6) так, чтобы волна сфокусировалась в плоскости Э2 (модуль 3). В этом случае на экране фоторегистратора Э3 (модуль 4) получится яркая точка минимальных размеров. При этом модуль 3 должен быть в «стандартном» положении с координатой риски 650 мм.
 |
2. Поместите модуль 8, с установленной в его кассете раздвижной щелью (объект 25), на оптической скамье как можно ближе к объективу О, и получите на экране фоторегистрации (модуль 4) дифракционную картину Фраунгофера от щели. Подберите её ширину так, чтобы размеры дифракционных максимумов на экране Э3 составляли 5-10 мм.
Рукоятками горизонтального и вертикального перемещения на модуле 8 расположите дифракционную картину симметрично щели фоторегистратора.
3. Перемещая рукояткой 5 микропроектора (см. рис.8 Приложение 5) дифракционную картину с шагом 0,05 мм. зафиксируйте показания фоторегистратора на каждом шаге и соответствующие отсчёты по шкале микропроектора. Данные занесите в таблицу 1.
Таблица 1
| Интенсивность |  , мВ. | ||||||||
| Координата |  , мм. |
4. Постройте график зависимости интенсивности света от координаты и сравните с данными, приведёнными на рис.53.
Задание № 2
1. Установите в кассету микропроектора (модуль 3) с известными размерами, например, объект 24 – щель шириной 1мм. Перемещая окуляр (модуль 6), получите увеличенное изображения щели на экране фоторегистратора. Определите увеличение микропроектора по формуле 
, где 
— размер изображения щели на экране Э3?, — реальный размер щели 
мм.
2. Установите в кассету микропроектора (модуль 3) раздвижную щель, используемую в задании 1. Получите её увеличенное изображение. Измерьте ширину щели.
3. По графику, полученному в задании 1, определите координаты минимумов.
4. Используя формулу (77) рассчитайте длину излучения лазера. При расчёте экспериментального значения углов дифракции полагаем что 
, где 
— координата 
-го минимума.
Примечание.Лабораторные работы № 3.41, №3.44 и №3.45 могут выполняться на комплексе «Автоматизированном рабочем места студента АРМС-7». Описание комплекса приведено в Приложении 4.
Контрольные вопросы
по теме «Дифракция света»
1. Что называется дифракцией света? Сформулируйте принцип Гюйгенса-Френеля. Объясните с его помощью явление дифракции.
2. В чём суть принципа Гюйгенса – Френеля? Запишите его математическую формулировку.
3. Опишите метод зон Френеля. Для чего используется метод зон Френеля? В чём заключается основная суть метода зон Френеля?
4. Выведите формулы (5.3). Как зависят размеры зон Френеля от расстояния 
и 
? Как будет изменяться количество зон Френеля при приближении точки наблюдения к отверстию?
5. Как зависит радиус зоны Френеля от номера зоны? От длины световой волны?
6. Получите формулу (5.4) радиусов зон Френеля для плоской волновой поверхности ( ® ?).
7. Какой вид имеет дифракционная картина при нечетном числе открытых зон? При четном числе открытых зон? Как будет меняться картина дифракции при увеличении числа открытыхзон?
8. Объясните получение условий максимумов и минимумов при дифракции света на щели.
9. Объясните сущность дифракции света, дифракции Френеля и Фраунгофера.
10. Чем отличается оптическая схема наблюдения дифракции Френеля от схемы наблюдения дифракции Фраунгофера. Нарисуйте их.
11. Получите условия минимумов и максимумов при дифракции на решётке.
12. Сделайте сравнительную оценку дифракционных картин, полученных на щели и на решётке. Какая из них имеет преимущества и в чем они состоят?
13. Почему изменяются положения максимумов и минимумов при повороте объектов исследования по отношению к падающему на них световому пучку?
14. Объясните картину дифракции на двухмерной решетке.
15. Попробуйте предсказать, какой вид будет иметь дифракционная картина, если скрестить три, четыре и более решёток, располагая их под разными углами друг к другу.
17. Какой вид имеет дифракционная картина при дифракции на решётке в монохроматическом и белом свете?
18. Для чего применяются дифракционные решётки в научной и технической аппаратуре.
19. Какие волны наиболее сильно отклоняются решёткой? Сравните с дисперсией в призменном монохроматоре SPM-2.
Литература
1. Савельев И. В. Курс общей физики, т. 2. Электричество и магнетизм.
Волны. Оптика: Учебное пособие. — 2-е изд., перераб. — М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1982. — 496 с.
2. Трофимова Т. Н. Курс физики: Учеб. пособие для вузов. -6-е изд., стер — М.: Высш. шк., 1999. — 542 с: ил. ISBN 5-06-003634-0
3. Детлаф А.А., Яворский Б. М. Курс физики. — М.: Высш. шк., 1988, с. 387-399.
4. Баранов А. В.и др. Колебания и волны. Оптика. Квантовая механика. Кн. 2. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 1994.
5. Ландсберг Г.С. Оптика. – М.: Наука, 1976. – 926 с.
6. Иродов И. Е. Волновые процессы. Основные законы. т.4. – М.: Лаборатория базовых знаний, 1999, – 256 с.
7. Кингсеп А. С., Локшин Г. Р., Ольхов О. А. Основы физики. Курс общей физики: Учебн. В 2 т. Т. 1. Механика, электричество и магнетизм, колебания и волны, волновая оптика / Под ред. А.С. Кингсепа. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2001, — 560 с. — ISBN 5-9221-0164-1 (Т. 1).
8. Белонучкин В. Е., Заикин Д. А., Ципенюк Ю.М., Основы физики. Курс общей физики: Учебн. В 2 т. Т. 2. Квантовая и статистическая физика / Под ред. Ю.М. Ципенюка. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2001. — 504 с. — ISBN 5-9221-0165-Х (Т. 2).
9. Стафеев С. К., Боярский К. К., Башнина Г. Л. С78 Основы оптики: Учебное пособие. — СПб.: Питер, 2006, — 336 с: ил. ISBN 5-469-00846-0.
10. Р. Дитчберн. Физическая оптика. – М.: Наука, 1965,- 632 с.
11. Годжаев Н.М. Оптика. – М.: Наука: Высшая школа, 1977, — 422 с.
12. Сивухин Д.В. Оптика. М.:, 1985
13. В. В. Светозаров. Модульный оптический практикум: Учебное пособие. М.: ВЛАДИС, 1998, — 85 с.
14. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М., Наука.1970, — 855 с.
15. Бутиков Е.И. Оптика. М., 1985.
16. Дмитриева В.Ф. Основы физики: Учеб. пособие для студентов вузов. — 2-е изд. — М.: Высш. шк., 2001. — 527c.:ил.
Приложение 1