Теоретическое введение

Дифракцией называют совокупность явлений, наблюдаемых при распространении волн в среде с резким неоднородностями. Дифракция – это и захождение волн в область геометрической тени, и огибание волнами препятствий, и рассеяние волн атомами кристаллической решетки и целый ряд других явлений.

При дифракции наблюдается перераспределение интенсивности колебательного процесса в пространстве в результате суперпозиции когерентных волн. Волны одинаковой частоты, колебания в которых отличаются постоянной разностью фаз, не изменяющейся со временем, называются когерентными.

Расчет дифракционной картины можно провести с помощью принципа Гюйгенса-Френеля: каждая точка волнового фронта является источником вторичных когерентных волн, амплитуды колебаний которых за волновым фронтом определяются суперпозицией вторичных волн.

Методика эксперимента

В данной работе эксперимент проводится на дифракционной решетке. Прозрачная дифракционная решетка для световых волн – это пластинка из прозрачного материала (обычно из стекла), на которую каким либо путем (механическим или фотоспособом) нанесено большое число параллельных, равноотстоящих щели а, расстояние между щелями .

Величина называется периодом решетки, где а – ширина щели, – расстояние между щелями.

Рис. 1

Пусть плоская волна падает на дифракционную решетку перпендикулярно. Дойдя до решетки, волна рассеивается с разной интенсивностью во всех направлениях. Линза собирает параллельные вторичные волны в одну точку экрана, находящегося в фокальной плоскости линзы, где они интерферируют (рис 2).

И

нтерференцией волн называется явление усиления или ослабления амплитуды колебаний, возникающее при наложении двух или более когерентных волн.

М

Рис. 2

аксимум интенсивности возникает при наложении

волн, у которых оптическая разность хода , где

Как видно из рис. 1, разность хода интерферирующих лучей , где – угол дифракции. Максимумам будут соответствовать такие углы дифракции, для которых разность хода равна целому числу длин волн, т.е.

Рис. 3а

. (1)

Общий вид установки представлен на рис 3а, а схема - на 3б (вид сверху), где 1 – источник света, 2 – шток с щелью S и линейкой с миллиметровой шкалой, 3 – дифракционная решетка. Роль линзы выполняет хрусталик глаза наблюдателя. Если смотреть на освещенную светом щель S через дифракционную решетку, то кроме дифракционного изображения щели в белом свете по бокам видны ее симметричные радужные изображения . Угол дифракции определяется по положению дифракционного максимума на миллиметровой шкале.

Рис. 2б

Очевидно, что , где – расстояние от центрального изображения щели (m = 0) до одного из боковых изображений, L – расстояние от решетки до щели S. Так как угол мал, то . Следовательно, . Тогда получим формулу для определения длины волны:

. (2)

Рис. 3б

Порядок выполнения работы

1. Включить установку в сеть 6,3 В! ВНИМАНИЕ! Установку включать только на время измерений.

2. Приблизив глаз к дифракционной решетке, измерить расстояние от середины щели S до середины наблюдаемого максимума света длиной волны , например, до середины участка синего света в спектре первого порядка (m = 1) справа от щели(+1 максимум) и слева от щели (–1 максимум).

3. Измерить расстояние L от щели до дифракционной решетки с помощью измерительной линейки.

4. По формуле (2) вычислить длину волны синего света для 1, 2, 3 порядка и найти среднее значение синего света.

5. Аналогичные измерения и вычисления провести для красной и фиолетовой областей спектра.

6. Данные измерений и вычислений занести в таблицу.

Таблица

Цвет	m	макс.	, см	L, см	, нм	, нм
	1 2 3	+
	1 2 3	_
	1 2 3	+
	1 2 3	_
	1 2 3	+
	1 2 3	_