Задания и указания к их выполнению

Задание I. С помощью лазера последовательно получите дифракционную картину Фраунгофера от одной, двух, четырёх и десяти идентичных щелей.

а). Опишите качественные различия наблюдаемых дифракционных картин. Сравните результаты своих наблюдений с теорией.

б). Используйте программу «Дифракция.exe» для исследования закономерностей дифракционного спектра и сравните результаты компьютерного исследования с результатами своих экспериментальных наблюдений.

Задание 2^х. Подготовьте демонстрацию спектров дифракционной решетки на большом экране. Для этого соберите из отдельных деталей на школьной оптической скамье установку, схема которой изображена на рисунке 11.

В качестве линзы Л2 используйте объектив от школьной оптической скамьи, в качестве Л1 – конденсор, Щ – раздвижная щель. Сначала на экране получите четкое увеличенное изображение щели. Затем за объективом установите держатель с дифракционной решеткой (см. пунктирная линия на рис.11). В демонстрации используйте дифракционные решетки с разным периодом d и оптические фильтры. По виду дифракционного спектра определите отношение d/b. Продемонстрируйте полученные спектры преподавателю. Объясните различие наблюдаемых спектров. Запишите для отчёта, какие Вы выбрали приборы, дифракционные решетки и что получилось.

Задание 3. Проверьте настройку гониометра. Установите на столике гониометра дифракционную решетку. Решетка устанавливается так, чтобы штрихи были вертикальны, т.е. параллельны оси вращения, а её плоскость перпендикулярна оси коллиматора и параллельна двум винтам столика. Для этого освещают щель коллиматора светом ртутной лампы и наводят пересечение нитей зрительной трубы на белое изображение щели, т.е. на нулевой максимум решетки. Зрительную трубу в этом положении закрепляют.

Если горизонтальная нить трубы не проходит через центр изображения, нить приводят на середину изображения вращением винтов столика, параллельных плоскости решетки, в разные стороны. Затем поворачивают столик с решеткой на 180° и при смещении нити с середины изображения подводят её к середине, действуя третьим винтом столика. Эту установку следует делать, только наклоняя столик, а не трубу, так как гониометр уже установлен. Поворачивают столик с решеткой ещё раз на 180° и проверяют установку решетки.

Задание 4. Используя линейчатый спектр ртутной лампы (см. таблицу основных спектральных видимых линий атомов ртути), определите постоянную решетки. Для этого измерьте угол, под которым видна линия определенной длины волны λ (выбрать самим) в спектре k-ого порядка (порядок выбрать самим). По формуле (4) найдите d. Проверьте полученный результат для других λ и k.

Задание 5. Установите на столике по всем указанным выше правилам решетку с известной постоянной d. Измерьте длину волны зеленой линии ртути, считая её неизвестной. Проверьте полученный результат, изменяя порядок спектра.

Задание 6. Определите угловую дисперсию решетки для спектра третьего порядка, D=Dα /Dλ. Здесь Dα – измеренное на опыте угловое расстояние между спектральными линиями λ₁ и λ₂, Dλ= λ₁-λ₂ (возьмите наиболее близкие по λ известные длины волн линий ртути). Сравните полученные значения с теоретическим вычислением по формуле (6). Постоянная решетки должна быть известна.

Для получения зачета необходимо:

1. Уметь:

· Продемонстрировать большой аудитории достаточно яркий и чёткий спектр от дифракционной решетки.

· Правильно настраивать гониометр и устанавливать на нем дифракционную решетку.

· Определять порядки линий в дифракционном спектре.

· Экспериментально определять постоянную дифракционной решетки.

· С помощью дифракционной решетки определять длины волн света.

2. Представить отчёт по выполненной работе.

3. Уметь отвечать на контрольные вопросы:

В чём сходство и в чём различие для наблюдения дифракции постановок Френеля и Фраунгофера?
Какова роль входной щели в схеме Фраунгофера для дифракционной решетки?
В чём принципиальное отличие дифракции на одной щели от дифракции на двух и более щелях?
Какова ширина главного максимума? От чего она зависит?
Какой вид имеют векторные диаграммы для максимумов и минимумов, когда число щелей N?
Нарисуйте распределение интенсивности света в дифракционной картине от 4 щелей, когда d/b = 3, где b - ширина щели.
Почему некоторые главные максимумы могут иметь очень малую интенсивность или вообще отсутствовать?
Как изменяется вид спектра при увеличении числа щелей на I мм?
Как изменяется вид спектра при увеличении общего числа щелей?
Почему при освещении решетки белым светом видно не очень много порядков спектров, а при освещении лазером - очень много?
Начертите полный ход лучей (синих и красных) в установке с дифракционной решеткой.

Тест 1

В настоящей работе предлагается, используя лазер в качестве источника света, получить дифракционные картины от двух, четырех и десяти щелей, для которых отношение d/b одинаково. Здесь b – ширина щели, d=a+b, a – ширина непрозрачного промежутка, d и b одинаковы во всех случаях.

(1). Какие характеристики будут различны в указанных дифракционных картинах, (2) какие характеристики будут одинаковы?

Выберите правильный ответ:

Положение дифракционных минимумов.
Интенсивность максимумов
Количество главных интерференционных максимумов в пределах первого дифракционного максимума от одной щели.
Количество минимумов между двумя соседними главными максимумами.
Ширина главных максимумов.
Разрешающая способность.
Угловая дисперсия.
Положение главных максимумов
Правильных ответов нет.

Почему

(3) при d/b=3 пропадают главные интерференционные максимумы порядков, кратных 3,

(4) в белом свете получается немного порядков интерференции,

(5) в белом свете центральный максимум белый,

(6) в белом свете в дифракционном спектре ближе к центральной полосе, в отличие от призматического спектра, располагаются фиолетовые полосы,

(7) , где Dl - спектральная ширина излучения, k_max – максимальный порядок интерференции?

Выберите правильный ответ:

Совпадают интерференционные максимумы для всех длин волн.
Интервал между К и (К+1) максимумами длины волны l заполняется светом, на (К+1) максимум длины волны l накладывается К максимум длины волны l+Dl и происходит смазывание спектра.
Главные максимумы приходятся на углы, для которых каждая щель дает дифракционный минимум.
Чем короче длина волны, тем под меньшим углом дифракции наблюдается максимум.
Чем меньше степень монохроматичности света , тем меньше максимальный порядок интерференции.
Чем больше длина волны, тем под меньшим углом дифракции наблюдается максимум.
Правильного ответа нет.

Какой надо взять источник света для демонстрации (8) линейчатого спектра, (9) сплошного спектра?

Выберите правильный ответ:

Можно взять лампу накаливания большой мощности.
Лазер.
Ртутную лампу.
Правильного ответа нет.

Тест 2

С какой целью в настоящей работе выполняется эксперимент: (1) с гониометром, (2) со школьной оптической скамьей, (3) с лазером?

Выберите правильный ответ:

1. Научиться демонстрировать спектр дифракционной решетки на большой экран.

2. Исследовать дифракцию Фраунгофера от одной, двух, четырех и десяти щелей, определить отношение d\b.

3. Научиться по дифракционной картине определять ширину щели.

4. Научиться по дифракционной картине определять постоянную дифракционной решетки и длину волны.

5. Научиться по дифракционной картине исследовать спектр излучения.

6. Научиться измерять угловую, линейную и обратную линейную дисперсию спектра.

7. Научиться определять полное число щелей на решетке.

8. Правильного ответа нет.

На рисунке представлен график распределения интенсивности света в зависимости от угла дифракции в дифракционной картине Фраунгофера от N щелей.

Определите по данному графику значения: (4) N, (5) d\b. Укажите условия, определяющие значения (6) Sina₁, (7) Sina ₂, (8) Sina₃, (9) Sina₄, (10) порядки максимумов, исчезающих из-за дифракции света на щели.

Выберите правильный ответ:

1)7 2)5 3)4 4) 4, 8, 12, 16…… 5) 5. 10, 15, 20….. 6) b Sina=l 7) d Sina=l

8) d Sina=l/7 9) d Sina=l/5 10) d Sina=l*11/5 11) d Sina=l/4 12) d Sina=l*13/4

Правильного ответа нет.

Тест 3

Как изменится дифракционная картина, если

(1) лампу накаливания заменить ртутной лампой,

(2) заменить дифракционную решетку другой с меньшим периодом d и прежним общим количеством щелей N,

(3) заменить дифракционную решетку другой с большим периодом d и прежним общим количеством щелей N,

(4) заменить дифракционную решетку другой с прежним периодом d и большим общим количеством щелей N,

(5) заменить дифракционную решетку другой с прежним периодом d и меньшим общим количеством щелей N,

(6) заменить дифракционную решетку другой решеткой с прежними d и N, но с другим отношением d/b, где b – ширина щели,

(7) ртутную лампу заменить лампой накаливания?

Выберите правильные ответы:

Дифракционные максимумы станут резче, уже, интенсивность их увеличится.
Интенсивность дифракционных максимумов уменьшится, увеличится ширина максимумов.
Дифракционный спектр растянется.
Дифракционный спектр сожмется.
Изменится количество главных интерференционных максимумов в пределах центрального дифракционного максимума.
Увеличится порядок интерференционных полос
Изменится порядок главных максимумов, исчезающих в дифракционном спектре вследствие дифракции света на каждой щели.
Вместо сплошного спектра образуется линейчатый спектр.
Вместо линейчатого спектра образуется сплошной спектр.
Правильного ответа нет.

Тест 4

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями: