Практикум по геометрической и волновой оптике 11-й класс. Работа 6.
учебно-методический материал по физике (11 класс) по теме

Практикум по геометрической и волновой оптике 11-й класс.

РАБОТА 6. Измерение длины волны света лазерного брелока с помощью дифракционной решетки

Цель: наблюдение дифракции света на дифракционной решетке, измерение длины волны лазера. В эксперименте негласно предполагается, что стенка сосуда очень тонкая, т. е. оптическая длина пути в ней мала по сравнению с оптической длиной пути в жидкости: 2nст d << nxL.

Оборудование: брелок для ключей с полупроводниковым лазером, дифракционная решетка 100 штрихов на 1 мм (имеется в любом школьном кабинете физики, линейка.

Ход работы

1. Лазерное излучение, как и любая световая волна, попадая на отверстие размером порядка длины света, испытывает дифракцию. Если нанести на стекло или пластик, например, 100 штрихов на 1 мм, то на нем возникнет система щелей шириной ≈10-5м = 10 000 нм. Такое устройство называется дифракционной решеткой. При этом каждая из щелей, расположенная на расстоянии d от соседних, становится под действием волны лазера точечным источником когерентного света. Картина образования максимумов и минимумов интерференции волн, идущих от разных щелей в одном направлении, представлена на рис. 16. В направлениях, характеризуемых углом α, таким, что d sinα = λ, возникнет первый интерференционный максимум. Поэтому, направив луч лазера на дифракционную решетку, вы увидите на противоположной стене серию ярких точек, симметрично расходящихся от пятна так называемого нулевого максимума (находящегося там, куда падает луч в отсутствие решетки).

2. После наблюдения качественной картины серий максимумов закрепите дифракционную решетку на некотором расстоянии от стены, измерьте расстояние L от решетки до стены и расстояние x между нулевым (центральным) и первым максимумами. Если отношение x/L достаточно мало (меньше 1/10), то можно считать, что x/L = tg α = sin α (верно для a < 10° с точностью до 0,01), тогда λ = d x/L.

Рис. 16

3. Рассчитайте длину волны света лазера и проследите по табл. 6, соответствует ли она наблюдаемому цвету дифракционного пятна.

Таблица 6

4. Возьмите вторую дифракционную решетку, «скрестите» ее с первой и опишите дифракционную картину на стене при попадании на такую «настоящую решетку» лазерного луча. Поясните причины образования такой картины.

Примечания для учителя

• В типичном опыте с лазерным брелоком получается х = 7,5 ± 0,5см при L = 100 см и дифракционной решетке со 100 штрихами на 1 мм. Это дает длину волны λ= (750 ± 50) нм, что соответствует красному свету.
• При скрещивании двух решеток под углом 900 получается система светящихся точек, расположенных в вершинах прямоугольника (или квадрата, если решетки одинаковые). Объяснить это можно, рассмотрев расщепление каждого пучка после прохождения первой решетки на щелях второй решетки. Следует обратить внимание на уменьшение яркости пятен при увеличении числа дифракционных максимумов, что объясняется законом сохранения энергии.

Использованы материалы приложения к газете «Первое сентября» «Физика №2-2001г.».