Лабораторный практикум по оптике (стр. 6 )

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ СВЕТОВОЙ ВОЛНЫ

С ПОМОЩЬЮ ДИФРАКЦИОННОЙ РЕШЕТКИ

Цель работы: изучение явления дифракции и определение длины

световой волны.

Оборудование: Дифракционная решетка, лазер, оптическая скамья.

Теоретическое введение

В данной работе лазерное излучение падает на дифракционную решетку. Дифракционная картина наблюдается на экране, удаленном от решетки на расстояние равное . Расстояние подбирается так, чтобы выполнялось условие приближения дифракции Фраунгофера.

На экране наблюдается ряд дифракционных максимумов в виде пятен, убывающих по интенсивности от центра к периферии. Дифракционный угол определяет расстояние между центральным (нулевым) максимумом и максимумом порядка. Для малых углов выполняется условие

и тогда из формулы дифракционной решетки

можно получить, что

. (1)

Ширину дифракционного максимума можно оценить с помощью формулы , где - число щелей дифракционной решетки. Отсюда

. (2)

Экспериментальная часть

1. Закрепите на экране лист чистой бумаги.

2. Измерьте расстояние от дифракционной решетки до экрана.

3. Включите лазер и зарисуйте на листе бумаги пятна дифракционных

максимумов.

4. Измерите расстояния между центральным максимумом и максимума-

ми 1, 2, 3, 4 – порядков. Рассчитайте длину световой волны по форму-

ле (1). Сравните полученный результат с теоретическим значением.

5. Измерьте ширину центрального максимума и определите число щелей

дифракционной решетки по формуле (2). Результаты измерений и рас-

четов занесите в таблицу.

6. Сделайте вывод.

Таблица

Порядок, m	Вправо	Влево
1.
2.
3.
4.

Вопросы к защите работы:

1.Сформулируйте принцип Гюйгенса – Френеля.

2. Что называется дифракцией света?

3. Выводите условия наблюдения максимумов и минимумов при дифракции от

одной щели.

4. Докажите закон прямолинейного распространения света.

Задачи для самостоятельного решения:

1. На дифракционную решетку падает нормально белый свет. Постоянная

дифракционной решетки равна 2 мкм. Определить наибольший порядок

дифракционного максимума для красного и фиолетового

света.

2. На дифракционную решетку падает белый свет. На какую длину волны в

спектре третьего порядка накладывается красная линия в

спектре второго порядка?

3. Дифракционная решетка отклоняет спектр третьего порядка на угол . На

какой угол она отклонит спектр четвертого порядка?

Лабораторная работа № 7

ПРОВЕРКА ЗАКОНА МАЛЮСА

Цель работы: изучение явления поляризации света и проверка закона

Малюса.

Оборудование: оптическая скамья, полупроводниковый лазер, поляризатор и

анализатор, фотоприемное устройство с измерителем мощности

лазерного излучения.

Теоретическое введение

Поперечность световых волн вытекает непосредственно из электромагнитной теории Максвелла. В электромагнитной волне вектора напряженности электрического поля и напряженности магнитного поля взаимно перпендикулярны и колеблются в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны (рис. 1). Плоскость, в которой происходят колебания вектора , называется плоскостью поляризации.

Световая волна, излучаемая источником света, представляет собой суммарное

излучение огромного количества атомов. Так как каждый атом излучает свет независимо от других, то в световой волне присутствуют всевозможные направления колебания вектора . Такой свет получил название естественного (рис. 2а). Свет, в котором направления колебаний вектора каким-то образом упорядочены, называется поляризованным. Если в результате внешнего воздействия появляется преимущественное (но не исключительное) направление колебаний вектора , то такой свет называется частично поляризованным (рис. 2б). В плоско поляризованном свете колебания вектора происходят в одной, строго определенной плоскости (рис 2в).

Естественный свет можно преобразовать в плоско поляризованный, используя так называемые поляризаторы, пропускающие колебания только одного строго определенного направления. В качестве поляризаторов могут использоваться среды, анизотропные в отношении колебаний вектора , например, кристаллы турмалина.

Направим естественный свет перпендикулярно пластинке турмалина, вырезанной параллельно оптической оси кристалла. Вращая эту пластинку вокруг оси, совпадающей со световым лучом, никаких изменений в интенсивности луча мы не обнаружим. Если же на пути луча, вышедшего из первой пластинки, поставить вторую такую пластинку, то при ее вращении интенсивность света изменяется в зависимости от угла поворота второй пластинки. Малюс установил закон, согласно которому , где - интенсивность луча, вышедшего из второй пластинки, - интенсивность луча, падающего на вторую пластинку. Следовательно, интенсивность света, прошедшего вторую пластинку, изменяется от минимума при (полное гашение) до максимума при .

Результаты этого объясняются довольно просто. Первая пластинка преобразует естественный свет в плоско поляризованный. Вторая же пластинка турмалина в зависимости от ее ориентации из поляризованного света пропускает большую или меньшую часть.

Пластинка, преобразующая естественный свет в плоско поляризованный, получила название поляризатора. Вторая пластинка, служащая для анализа степени поляризации света, называется анализатором.

Экспериментальная часть

Общая оптическая схема установки представлена на рисунке 1 и включает: 1 – полупроводниковый лазер, 2 – поляризатор, 3 – анализатор, закрепленный во вращающейся оправе с измерительным лимбом угла поворота, 4 - фотоприемное устройство с измерителем мощности лазерного излучения.

1. Включите установку.

2. Вращая анализатор, снимите зависимость показаний измерителя

мощности излучения в зависимости от угла поворота анализатора.

3. Результаты измерений занесите в таблицу.

4. Постройте график зависимости .

5. Сделайте вывод.

Таблица

Вопросы к защите работы: