Описание установки и ее настройка 1

Эксперимент проводится на учебном приборе ЭСФЭ-1 «Оптика», состоящем из лазерного блока и блоков линз.

Н а рис. 6 изображены лицевая и задняя панели прибора.

Р ис. 6

1. корпус блока лазерного излучения;

2. механическая ось;

3) выходное отверстие лазерного излучения;

4) ручка управления заслонкой;

5) индикатор;

6) клемма заземления;

7) кнопка включения питания;

¹ Перед выполнением работы изучите инструкцию к прибору ЭСФЭ – 1, правила техники безопасности.

1. Убедитесь, что риска на ручке (4) установлена против черной точки. В этом положении заслонка перекрывает выходное окно (3), через которое лазерное излучение выходит наружу.

Перед выполнением работы изучите инструкцию к прибору ЭСФЭ-1, правила техники безопасности.

2. Нажмите кнопку (7) на задней стенке блока лазерного излучателя. При этом на передней панели должна загореться индикаторная лампа (5).

3. Откройте выходное окно, установив ручку (4) против красной точки. На дальнем непрозрачном экране должно появиться яркое красное пятно.

В н и м а н и е !!! Всегда смотреть вдоль луча.

Никогда нельзя смотреть навстречу лучу!

4. Для наблюдения дифракции по Френелю, лазерный пучок делается расходящимся с помощью рассеивающей линзы 2 (рис. 7). Чтобы ввести линзу, на механической оси 2 (рис. 6) блок линз (Л) нужно поставить в положение "-11". Это означает, что в приборе встроена отрицательная линза с фокусным расстоянием 11 мм. Остальные два блока должны иметь положения D(III), D().

5 . Для наблюдения дифракции на простых объектах соберите установку (рис. 7),

Рис. 7

в которую, кроме прибора ЭСФЭ-1 (1) с линзой (2), входят: подвижный столик (3а), на котором устанавливаются простые объекты в держателе (3):

а) диафрагма с малым круглым отверстием [2-9];

б) диафрагма с круглыми непрозрачными экранами [2-8];

в) диафрагма с тонкими нитями [2-7].

Кроме того, в установке используется собирающая линза (F=163 мм), укрепленная на штативе (4); экран (5); линейка с делениями (6).

6. Hа самом близком расстоянии от линзы (2) установите столик 3а и поставьте на столик держатель с диафрагмой [2-9] с самым малым круглым отверстие, получите на экране (5) дифракционную картину. Близко от экрана поставьте собирающую линзу (4). Расстояние х надо подобрать такое, чтобы в центре картины был четкий максимум или минимум, а не промежуточное состояние. Для удобства настройки на четкую картину max или min используйте собирающую линзу (4), как лупу. Измерьте это расстояние и запишите над табл.1.

Методика измерений

1. Число зон Френеля к, укладывающихся в круглом отверстии, определите по формуле (7), где  _к  радиус последней, укладывающейся в отверстии зоны Френеля, равный радиусу самого маленького круглого отверстия – 0,6 мм.

R_i  расстояние от точечного источника до диафрагмы D, равное при первоначальной настройке R₁ = f + x (рис. 7).

r_oi  расстояние от диафрагмы до экрана, равное при первоначальной настройке (рис. 7).

•  длина волны лазерного излучения, равная 632,8 нм.

Вычислите число зон Френеля для первоначальной настройки установки, когда в центре дифракционной картины был свет или темнота. Так как значения f, x, у, r_o  фиксированные, то результаты измерений и расчетов внесите в строку средних значений табл. 1, 2, 3, 4.

2. Удаляя столик с диафрагмой от прибора, наблюдайте на экране в центре картины смену света и тени. При каждой смене фиксируйте величину перемещения столика , результат внесите в табл. 1.

f = 11 мм x = y = 11 см  = 632,8 нм Таблица 1

№ п/п

max (min)

min (max)

max (min)

min (max)

 1

R1

ro1

к1

 2

R2

r02

к2

 3

R3

r03

к3

 4

R4

r04

к4

1

0

2

0

3

0

Ср.

3. Рассчитайте новые значения расстояний от источника до диафрагмы и от диафрагмы до экрана.

(8)

4. Проведите еще два раза действия, описанные в пункте 2, и вновь рассчитайте значения R_i и r_0i . Найдите средние значения R_i и r_0i и, используя формулу (7), по ним рассчитайте число зон Френеля для каждого положения диафрагмы.

5. Используя формулу (7), получите формулу для расчета абсолютной погрешности к при определении числа зон Френеля.

Рассчитайте к для любой пары значений R_i и r_0i.

6. Уберите диафрагму [2-9] и установите диафрагму [2-8] .

7. На одном фиксированном расстоянии R наблюдайте дифракционную картину при разных круглых экранах.

Объясните изменение освещенности в центре картины при смене экранов.

8. Установите объект [2-7] и наблюдайте дифракционную картину на экране (5) для самой тонкой нити. Объясните распределение освещенности по всей картине, обратив особое внимание на освещенность в центре картины

9. Объяснение позиции 7 и 8 должно быть в отчете в лабораторной работе.