Упражнение 1. Определение длины волны света, генерируемого лазером, с помощью наблюдения дифракции Фраунгофера от щели

1. Установить на край оптической скамьи, обращенный к лазеру, рейтер со щелью. Включить лазер.

2. На противоположном по отношению к лазеру крае оптической скамьи поместите экран.

3. Меняя ширину щели, наблюдайте, как изменяется дифракционная картина – с уменьшением ширины щели центральный максимум расширяется, и яркость его уменьшается. Установите такую ширину щели, при которой яркость дифракционных максимумов не слишком мала. Измерьте по экрану расстояние между дифракционными минимумами 1-го и (–1)-го порядков. Измерьте расстояние  от щели до экрана.

4. Измените расстояние от щели до экрана. Измерьте новые значения  и . Выполните 5 измерений  при различных . Запишите результаты измерений в таблицу 1.

Таблица 1. Результаты эксперимента и расчетов

№ измерения	, см	, см	, см	, см	, см
1
2
3
4
5

 

5.  Выключите лазер. Уберите экран. Придвиньте щель почти вплотную к объективу окулярного микрометра. Осветите щель настольной лампой. Получите четкое изображение щели в центральной части поля зрения окуляра. Измерьте ширину щели примерно в том месте, которое освещалось лазером. В поле зрения окулярного микрометра видны крест нитей, два близко расположенных друг к другу штриха (биштрих) и линейная шкала. Вращая барабан окулярного микрометра, можно перемещать крест нитей и биштрих вдоль линейной шкалы. Шкала барабана разделена на 100 делений. Один полный оборот барабана соответствует перемещению креста нитей и биштриха на 1 мм. Следовательно, цена деления шкалы барабана равна 0,01 мм. Отчеты снимаются по линейной шкале и по барабану.

Измерение ширины щели выполняется следующим образом. Крест нитей в поле зрения наводится на левый край щели. Снимается отчет. Затем крест нитей наводится на правый край щели и снимается отчет. Во избежание ошибок вследствие люфта барабана подводите крест нитей к обоим краям щели слева (или справа, если сначала снимается отчет для правого, а затем для левого краев щели). Разность отчетов даст ширину щели в поле зрения окулярного микрометра. Истинную ширину щели  можно получить, поделив эту величину на увеличение микрометра, равное: =6,25. Повторите измерения ширины щели 5 раз. Вычислите погрешность  измерения ширины щели. Результаты запишите в таблицу 2.   

Пример снятия отчета: биштрих находится между третьим и четвертым штрихами линейной шкалы в поле зрения, против указателя на барабане стоит деление 52. Отчет равен 3,52 мм (рис.1).

Рис.1. Поле зрения и барабан окулярного микрометра

Таблица 2. Определение ширины щели

№ измерения	Отчет для левого края щели, мм	Отчет для правого края щели, мм	Ширина щели в поле зрения окулярного микрометра, мм	Истинная ширина щели , мм	, мм	, мм
1
2
3
4
5

 

Вследствие малости углов дифракции  в условиях работы уравнение

,    (1)

можно переписать в виде:

, =1,2,3,…, (2)

где – расстояние между минимумами -го и (- )-го порядка.

Таким образом, зная расстояние  между 1-м и (-1)-м минимумами можно рассчитать  по формуле:

(3)

Вычислите 5 значений  по измеренным значениям  и . Рассчитайте погрешность  по формуле для погрешностей прямых измерений. Результаты запишите в таблицу 1.