Ознакомление с содержанием темы «Световые явления» курса физики 8 класса и «Электромагнитные волны» курса физики 11 класса (Лабораторная работа № 21), страница 4

ОПЫТ№ 5

ДИФРАКЦИЯ СВЕТА ПО ЩЕЛИ

Оборудование: проекционный аппарат ФОС-67; раздвижные щели – 2шт., диски-ширмы – 2 шт.; экран проекционный.

Схема установки для этого опыта представлена на рисунке 11, где указаны расстояния между отдельными деталями. Подготовка к демонстрации начинается с установки источника света. Лампу располагают так, чтобы ее спирали оказались на оптической оси конденсора и были обращены «ребром» к нему. Затем в пучке светового конуса от конденсора перемещают щель и закрепляют ее на скамье в таком месте, где сечение светового конуса полностью покрывает щель. Щель должна быть расположена параллельно спиралям лампы и раздвинута при помощи винта настолько, чтобы просвет между «ножами» составлял приблизительно 0,2 мм. После этого устанавливают вторую щель; она должна располагаться на оптической оси конденсора и быть строго параллельной первой. Для этого сначала вторую щель придвигают вплотную к первой и, осторожно вращая подвижную часть диска-ширмы, обеспечивают параллельность. Затем вторую щель отодвигают от первой на расстояние 150 мм и закрепляют на скамье. Этим заканчивается подготовка установки.

Осторожно вращая винт второй раздвижной щели, медленно уменьшают просвет между ее «ножами» и наблюдают за дифракционной картиной. Сначала на экране получается светлая полоса с размытыми краями. При дальнейшем сужении второй щели  ширина светлой полосы и ее освещенность уменьшаются, появляется дифракционная картина. Если линии дифракции оказываются недостаточно резкими, надо осторожно повернуть на мальм угол одну щель относительно другой, чтобы добиться более точной установки щелей  на параллельность.

Кратко поясняют учащимся сущность опыта по рисунку 12, где показана схема образования полос дифракции и график их яркости. На щель DC падает плоская волна. Свет от каждой точки, рас­положенной внутри щели, распространяемся по разным направлениям. Очевидно, волны в направлении О приходят в одинаковой фазе и усиливают друг друга, образуя яркую полосу (она проходит от наблюдателя через точку О перпендикулярно к плоскости чертежами лежит на продолжении оптической оси конденсора). Это яркая полоса носит название центрального максимума. Применяя далее метод Гюйгенса-Френеля, можно объяснять также образование соответствующих максимумов В, В₁ и т. д., расположенных симметрично от центрального максимума.

Если постепенно изменять величину просвета второй щели, то можно заметить, как на экране в середине светлой полосы появляется полоса темная (в просвет щели укладывается четное число зон Френеля), а затем она исчезает (укладывается нечетное число зон). Этот результат можно получить другим приемом. Не изменяя ширину второй щели, медленно перемещают ее относительно первой, следя за тем, чтобы не нарушалась резкость изображения на экране.

ОПЫТ № 6

ДИФРАКЦИЯ СВЕТА ОТ РЕШЕТКИ.

Оборудование: проекционный аппарат ФОС-67; раздвижная щель, дифракционная решетка со 100 штрихами на 1 мм; светофильтр; экран проекционный.

Опыт с дифракционной решеткой позволяет ознакомить учащихся с дифракционным спектром и одним из методов определения длины световой волны. Схема установки для такой демонстрации представлена на рисунке 13

Подготовку к опыту начинают с установки источника света в осветителе проекционного аппарата. Затем определяют место раздвижной щели на оптической скамье. Для этого перемещают щель в конусе лучей света от конденсора и, когда она окажется полностью освещенной, ее закрепляют. Ставят перед щелью объектив и получают ее резкое изображение на экране. Ширина щели должна быть 2- 3 мм.

Перед объективом устанавливают диапозитивную рамку, в которую вставляют решетку так, чтобы ее штрихи были параллельны щели. На экране получают дифракционную картину, состоящую из белой полосы в середине (центральный максимум) и ряда спектров, симметрично расположенных справа и слева от нее. По мере удаления от центра спектры становятся более широкими и менее яркими. Эти спектры носят названия спектров первого, второго, третьего и т. д. порядков (рис.14).

Спектры всех порядков начинаются с фиолетовой полосы, за которой следуют все другие цвета с постепенным возрастанием длины световой волны, и заканчиваются красной полосой, причем фиолетовые полосы всех спектров расположены ближе к центральному максимуму.