III. Порядок проведения эксперимента.

Для проведения лабораторной работы необходимо собрать установку, принципиальная оптическая схема которой представлена на рис. 4. а внешний вид - на рис. 5, рис. 6, рис. 7 и рис. 8.

Экспериментальная установка состоит из оптической скамьи с набором рейтеров и приспособлений, источника монохроматического излучения (лазера), калиброванной щели и экрана наблюдения.

Рис.4 Оптическая схема

Рис.5 Внешний вид экспериментальной установки

Рис.6 Внешний вид лазера с блоком питания

Рис.7 Внешний вид линзы и исследуемой щели.

Рис.8 Внешний вид экрана с нанесённой на него мерной сеткой

В лабораторной работе определяется ширина щели по измеренным положениям максимумов освещённости на экране (рис.4). Наблюдение дифракционной картины производится в области дифракции Фраунгофера, где выполняется условие (7) и справедливы формулы (4)-(6) .

В соответствии с (5) ширина щели рассчитывается по формуле

. (9)

где м - длина волны лазерного излучения;

m – порядковый номер спектра.

Здесь учтено, что для малых углов :

,

где расстояние L от щели до экрана измеряется при помощи линейки, закреплённой на оптической скамье, либо при помощи измерительной рулетки. Величины L и y_m измеряются три раза и используются их средние значения.

По полученным значениям b для различных порядков m дифракционных максимумов находится среднее значение _bcp и оценивается погрешность. Исходя из выражения (8), среднее значение _{bcp вычисляется по формуле}

_{bcp = (m + ½)∙0,63∙10}^-6_{∙ , (10)}

где: L_cp = (L+L'+L'')/3 – среднее замеренное расстояние L от щели до экрана;

_{ymcp=(ym+y'm+y''m)/3– среднее значение расстояний максимумов} освещённости во всей совокупности замеров_.

_{Минимальное значение bmin вычисляется по формуле}

b_min = (m + ½)∙0,63∙10^-6∙ _{, (11)}

где: _ΔLmax=max|Δ(L-L_cp)| - модуль максимального отклонения расстояния L от среднего значения во всей совокупности замеров;

_Δymmax= max|Δ(y_m-y_mcp)| - модуль максимального отклонения от среднего значения _{расстояний максимумов освещённости во} всей совокупности замеров_.

_{Максимальное значение bmax вычисляется по формуле}

b_max = (m + ½)∙0,63∙10^-6∙ _{. (12)}

_{Погрешности определения величины щели получаются как разность:}

_{Δ1=| bmax - bcp |, Δ2=| bmin - bcp |. (13)}

_{За ошибку измерения принимается максимальное значение Δ.}

Для проведения лабораторного эксперимента необходимо выполнить следующие пункты:

1. Собрать на оптической скамье установку по схеме, показанной на рис.4.

2. Включить лазер и, регулируя положение щели, получить на экране чёткую дифракционную картину.

3. Провести измерение:

а) расстояния L от щели до экрана (измеряется в метрах при помощи линейки, закреплённой на оптической скамье, либо при помощи измерительной рулетки);

в) расстояния максимумов освещённости (светлых полос) на экране от центральной оси (рис.4), т. е. 0-у₁, 0-у₂, 0-у₃, 0-у₄, 0-у₅ (измеряется в метрах при помощи сетки, размещённой на экране) для пяти порядков спектра;

с) оформить полученные экспериментальные данные в виде таблицы №1.

d) сместить положение щели на 0,5 – 0,6 метра в сторону экрана, затем вернуть её в исходное положение, снова получить на экране чёткую дифракционную картину, после этого повторить эксперимент в прежнем объёме;

е) оформить полученные новые экспериментальные данные в виде таблицы №2.

f) ещё раз сместить положение щели на 0,8 – 0,9 метра в сторону экрана, затем вернуть её в исходное положение, снова получить на экране чёткую дифракционную картину, после этого повторить эксперимент в прежнем объёме;

g) оформить полученные новые экспериментальные данные в виде таблицы №3.

Таблица №1	Таблица №2	Таблица №3
m L, м ym, м 1 2 3 4 5 6	m L´, м y´m, м 1 2 3 4 5 6	m L'', м y''m, м 1 2 3 4 5 6

h) рассчитать по формуле (8) ширину b щели для 5 порядков максимумов.

4. Найти среднее значение _bcp и оценить погрешность Δb.