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.