Дифракція на схрещеній ґратці з лазером

Схема установки

Дифракція світла, хоча її не завжди можна спостерігати, трапляється в повсякденні практично скрізь, зокрема й на таких об'єктах, як схрещена ґратка. Приклад - дифракція світла на компакт-диску.

Цим дослідом створюють придатні умови для того, щоб хвильова природа світла стала видимою при проходженні крізь схрещену ґратку. Це явище можна пояснити хвильовою моделлю світла за Гюйгенсом.

Попередні знання

Має бути вже відомо, що дифракція та інтерференція відбуваються на різних об'єктах. Доречно перед тим дослідити дифракцію на ґратках або на багатократних щілинах.

Принцип

Схрещена ґратка складається з двох систем дифракційних щілин, орієнтованих перпендикулярно одна до одної. Найпростіше її здійснити, схрестивши дві штрихові ґратки.

При дифракції світла на схрещеній ґратці виникають інтерференційні картини, що мають сітчасту структуру. Якщо схрещені ґратки мають однакову сталу ґратки, то комірки сітки квадратні, інакше - прямокутні. Оскільки в досліді треба схрестити дві ґратки, сталі яких відносяться як 5 : 8 чи 1 : 8, виникають дифракційні картини з прямокутними комірками, причому сторони прямокутників відносяться як 5 : 8 чи 1 : 8.

Навчальна мета

Учні мають ознайомитися із сітчастими дифракційними картинами і працювати в досліді з червоним світлом.

Завдання

Учні спрямовують вузький промінь світла на дві штрихові ґратки, що перетинаються, і аналізують інтерференційні картини, які з цього виходять.

Обов'язково треба стежити за тим, щоб ніхто не дивився прямо в промінь лазера.

Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.

Світлом називають видиму для людини ділянку електромагнітного спектра. За допомогою дифракційних об'єктів, як-от схрещеної ґратки, можна спостерігати особливе явище світла - здатність до інтерференції - яке вказує на хвильовий характер світла. Класичний приклад із повсякдення - дифракція світла на компакт-диску.

Залежно від того, якої форми дифракційні об'єкти, відповідно змінюються й інтерференційні картини.

1. Спрямуй паралельний вузький пучок світла на дві штрихові ґратки, схрещені одна з одною, і дослідь інтерференційні картини, що виникають.
2. Установи зв'язок між сталою ґратки та відстанню інтерференційних смуг, що виникли внаслідок дифракції, одна від одної.

Рисунок 1

Рисунок 2

Обережно засунь дві схрещені одна з одною ґратки \((80\: \text{&}\: 10\:\text{штрихів/мм})\) у тримач пластин (рисунок 1).

Компоненти на ковзних опорах монтують на оптичній лаві в ході виконання за їхніми штриховими позначками на такі позиції (рисунок 2):

1. Ковзна опора з діодним лазером на .
2. Ковзна опора з тримачем пластин і вставленими ґратками на .
3. Екран на .

Увімкни лазер і поспостерігай за дифракційною картиною, що виникла на екрані.

Познач олівцем на папері горизонтальніта вертикальнівідстані та між дифракційними максимумами.

Вимкни лазер, виміряй лінійкою відстані між позначеними максимумами і запиши всі . Для ґратки, штрихи якої йдуть вертикально (це слід перевірити в установці!), записують сталу ґратки
( поділити на кількість ) цієї ґратки.

Паралельне зміщення дифракційної картини спричинене тим, що лазер дає не круглу світлову пляму.

Детальний вигляд дослідної установки

Обережно засунь дві схрещені одна з одною ґратки \((80\: \text{&}\: 8\:\text{штрихів/мм})\) у тримач пластин.

Компоненти на ковзних опорах на оптичній лаві лишаються незмінними. Якщо ковзну опору з тримачем пластин і вставленими ґратками зняли, щоб замінити ґратки, встав її знову на .

Увімкни лазер і поспостерігай за дифракційною картиною, що виникла на екрані.

Виконай дослід ще раз, як описано раніше, і запиши всі відповідні та .