Дифракция света на отверстии и диске (метод зон Френеля): Методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу физики

Очевидно, что интенсивность света может зависеть только от расстояния от центра  картины Р. При  малых m  A_m+1 мало отличается от А₁. Поэтому в точке Р интенсивность будет почти такая же, как при отсутствии преграды между S и Р. Т.е. в центре картины при любом m ( четном или нечетном) получается светлое пятно.

Экспериментальная часть

Описание установки.

Работу проводят на установке, принципиальная схема которой показана рис. 5. В рассматриваемой работе для проведения опытов используется  полупроводниковый лазер с  длиной  волны  670 нм        ( излучение красного цвета). В корпус лазера вмонтирована специальная оптика,  коллимирующая  параллельный пучок. Лазер имеет отдельный блок питания, подключается к напряжению 220 В, 50 Гц и имеет небольшие размеры. Хорошее качество излучения и малые габариты делают использование полупроводникового лазера более предпочтительным, чем использование  других исторически традиционных способов получения монохроматического излучения.

Лазер в оправе и на рейтере установлен в крайнее положение 1 оптической скамьи. Короткофокусная линза 2 в оправе и на рейтере ставится в крайнее положения паза 3, ближайшее к лазеру так, чтобы пучок света от источника, точно попадал в центр линзы.  Так как  лазер излучает плоскопараллельный пучок света, то назначение линзы - сделать пучок расходящимся со сферической волновой поверхностью. Это удовлетворяет условиям Френеля.

Для определения параметра «a» достаточно узнать фокус линзы и расстояние от линзы до преграды (отверстие, либо диск). Преграда 4 устанавливается в оправе и рейтере между линзой и экраном и может перемещаться между ними вдоль паза 3. На противоположном  конце оптической скамьи устанавливается экран, на котором, в случае необходимости, магнитами крепится лист чистой бумаги. На нем можно зафиксировать (отметить или зарисовать) наблюдаемую в эксперименте дифракционную картину. Рейтеры устроены так, что позволяют производить юстировку лазерного луча по высоте и в горизонтальной плоскости. Крайние рейтеры,  в которых установлены экран 5, и лазер 1 закреплены на оптической скамье жестко.

Техника безопасности

ВНИМАНИЕ !!! Попадание в глаза прямого лазерного  пучка опасно для Вашего зрения. При работе с лазером  его свет можно наблюдать ТОЛЬКО (!) после отражения от рассеивающих поверхностей и экранов.

Порядок выполнения работы

1.  Поместить в паз 3  на оптическую скамью между линзой и экраном рейтер с отверстием и добиться появления на экране наиболее интенсивного проходящего пучка. Это означает, что источник света, (его мнимое изображение) - отверстие-центр изображения на экране находятся на одной прямой, перпендикулярной плоскости преграды и экрана.

2.  Перемещая рейтер с отверстием вдоль луча, отметить его положения, при которых в центре экрана наблюдается  минимум освещенности (темное пятно   m = 2, 4 и т.д.), либо максимум освещенности (при m = 3, 5 и т.д.)

3.  Дифракционные картины  зарисовать.

4.  Измерить «a» - расстояние от фокуса линзы до отверстия  и «б» - расстояние от отверстия до экрана. Изменить расстояния. Таких измерений надо проделать 3-5 раз. Измеренные значения по «a»  и «b» занести в таблицу.

5.  Определившись с m подставить результаты измерений в выражение (5) и найти диаметр отверстия.

6.  Рассчитать ошибку измерений.

7.  Установить на пути луча непрозрачный диск.

8.  Перемещая диск вдоль луча, наблюдайте интерференционную картину на краях диска. Убедитесь в существовании светлого пятна в центре дифракционной картины.

9.  Дифракционные картины  зарисовать

Вопросы для допуска к работе.

1. Какие требования по технике безопасности необходимо соблюдать при проведении экспериментов?

2. Как осуществляется настройка приборов и лазерного луча?

3.  Какие измерения проводятся в настоящей работе и в каком порядке?

4.  Как будете представлять результаты работы?

Вопросы для защиты работы.

1.  Сформулируйте принцип Гюйгенса.

2.  Сформулируйте принцип Гюйгенса- Френеля. Чем он отличается от принципа Гюйгенса?

3.  В чем сущность метода зон Френеля и какие задачи он позволяет решать?

4.  Почему волны, приходящие от рядом расположенных зон на волновой