Режим тренировки Edu
Баллы скрыты. Решайте по частям: открывайте подсказки и ответ только когда застряли, отмечайте решённое.1.1 Измерьте зависимость расстояния между симметричными максимумами первого порядка
1.2 Используя полученные данные, рассчитайте длину волны излучения лазера.
Сопоставь геометрию наблюдаемой картинки с условием максимума у решётки: как связаны период решётки, угол дифракции и длина волны?
Применяй условие дифракции для главного максимума в общем виде, связывающее шаг решётки
- Запиши условие максимума для первого порядка и вырази угол дифракции через линейное смещение
и расстояние . - Подставь выражение для угла в условие максимума, получив уравнение, связывающее
, , и . - Используй данные и метод наименьших квадратов для нахождения коэффициента пропорциональности между
и соответствующей комбинацией параметров. - Выразите
из полученной зависимости.
2.1 Измерьте зависимость расстояния между первыми максимумами на экране
При смещении линзы добивайтесь, чтобы центральный максимум оставался на одном месте.
Проследи, как добавление рассеивающей линзы между решёткой и экраном изменяет вид и положение первых максимумов на экране при смещении линзы вдоль оси.
Используй оптическую геометрию для тонкой линзы: лучи от точечного дифракционного источника преобразуются линзой так, что их направление на экран определяется положением источника относительно фокуса и расстояниями
- Фиксируй центральный максимум и для разных положений линзы (разных
) измеряй расстояние между первыми максимумами на экране. - Запиши в таблицу пары значений
и укажи зафиксированное значение . - Построй график зависимости
с погрешностями. - Подготовь данные для последующего вывода формулы связи
, , , (выразите неизвестную из полученной системы во втором пункте части 2).
2.1 Измерьте зависимость расстояния между первыми максимумами на экране
| 1 | 150 | 44 |
| 2 | 140 | 43 |
| 3 | 130 | 41 |
| 4 | 120 | 39 |
| 5 | 110 | 37 |
| 6 | 100 | 36 |
| 7 | 90 | 33 |
| 8 | 80 | 31 |
| 9 | 70 | 28 |
| 10 | 60 | 27 |
| 11 | 50 | 25 |
| 12 | 40 | 22 |
| 13 | 30 | 20 |
| 14 | 20 | 18 |
| 15 | 10 | 16 |
| 16 | 0 | 14 |
Вывод формулы для расчета фокусного расстояния.
На рисунке показан ход луча через рассеивающую линзу.
Из рисунка можно получить
следующую систему уравнений:
полученной ранее зависимости. Так как

Для зависимости
линеаризованный график – на рисунке.
2.2 Используя полученные данные, рассчитайте фокусное расстояние линзы. Приведите формулы, с помощью которых Вы проводили расчеты.
Посмотри на схему хода лучей через рассеивающую линзу и выдели, какие расстояния и углы входят в геометрические соотношения между решёткой, линзой и экраном.
Применяй формулу для тонкой линзы вместе с геометрическими соотношениями между углом дифракции, линейным смещением на экране и положениями объектов; сведи это к уравнениям, связывающим
- Запиши условие дифракции для исходной картины без линзы и вырази идеальное линейное смещение
через . - Для схемы с линзой выпиши геометрические соотношения между наклонами лучей до и после линзы, включив фокусное расстояние
и получив ещё одно уравнение для наблюдаемого смещения . - Составь систему двух уравнений, связывающих
, , , , , и . - Выразите
из полученной системы.
3.1 Получите формулу, описывающие направления на главные максимумы
Расположите решетку на угломерном лимбе (транспортир). Теперь вы можете поворачивать решетку на произвольный угол.
Представь теперь падающий на решётку пучок под углом: как изменится фаза между соседними щелями и в какую сторону будут уходить максимумы?
Запиши общее условие интерференционного максимума, учитывая дополнительную фазовую разность, возникающую из-за угла падения
- Выпиши разность оптического пути между соседними щелями для падающего под углом луча и для лучей, выходящих под углом
. - Приравняй эту разность к целому числу длин волн, получив уравнение, связывающее
. - Преобразуй уравнение к виду, дающему явную связь между синусами углов падения и дифракции.
- Выразите
из полученной формулы.
3.2 Проведите необходимые Вам измерения, на основании которых подтвердите правильность полученной Вами в п. 3.1 формулы.
Приведите схему использованной Вами установки, укажите ее параметры. Свой вывод обоснуйте формулами, расчетами, графиками.
Поверни решётку на несколько значений угла и замерь смещение первого максимума; проверь, как меняется синус угла дифракции при изменении синуса угла падения.
Сравни экспериментальные синусы углов: построй график
- Для каждого положения решётки измерь на экране линейное смещение первого максимума и вычисли соответствующий угол дифракции (через
). - Вычисли синусы углов падения и дифракции и занеси пары
в таблицу. - Построй график
и найди по МНК наклон и сдвиг. - Выразите соответствие между экспериментальными коэффициентами и ожидаемыми величинами из теоретической формулы.
4.1 Получите дифракционные картины от всех 4 прямоугольников. Схематически нарисуйте их. Опишите (и нарисуйте) какой узор нанесен на каждый прямоугольник. Определите геометрические характеристики (углы, размеры, или хотя бы пропорции элементов) этих узоров.
Наблюдай дифракционную картину каждого прямоугольника: какой общий характер распределения интенсивности, симметрия и наличие дополнительных штрихов ты видишь?
Используй принцип, что двумерная дифракционная картина связана с пространственным преобразованием Фурье от апертуры/узора; размеры и углы элементов узора определяют расположение и масштаб пиков в спектре дифракции.
- Для каждого из 4 прямоугольников сфотографируй или зарисуй схему наблюдаемой дифракционной картины, отметив основные направления и расстояния между элементами картины.
- Определи по расположению пиков соответствующие геометрические особенности узора (направление периодов, соотношения размеров, углы), используя обратную связь масштабов: большие размеры на пленке соответствуют мелким интервалам в картине и наоборот.
- Сделай для каждого узора упрощённую схему нанесения (повторяющийся штрих, решётка, крест и т.п.) и укажи пропорции характерных элементов.
- Выразите искомые геометрические характеристики узоров через измеренные углы/угловые расстояния и параметры установки (расстояние до экрана, масштаб переноса).




