И змерения

Исследуйте вначале картину дифракции Фраунгофера на щели. Соберите установку, изображенную на рис. 2. Промерьте с помощью линейки расстояния между дифракционными минимумами. Изобразите полученные результаты на графике, по оси абсцисс которого отложите номер минимума, по оси ординат - его расстояние от середины щели. Проверьте формулу (5), измеряя зависимость x_m от d – ширины щели S. Подумайте, какие значения m лучше всего использовать для измерений.

Повторите измерения, установив вместо щели нить.

Сравните картины дифракции на нити и щели. Установите, как связаны картины дифракции на щели и нити. Считайте, что толщина нити и ширина щели одинаковы.

Контрольные вопросы.

1. В чем состоит явление дифракции?

2. Сформулируйте принцип Гюйгенса—Френеля. Что такое зоны Френеля?

3. Каковы минимальные размеры частиц, которые можно наблюдать с помощью оптических приборов? Можно ли в микроскоп увидеть отдельные атомы?

4. Для большинства оптических расчетов можно с успехом пользоваться законами геометрической оптики, в частности таким понятием как световой луч. А когда понятие светового луча теряет смысл? Иными словами, какова предельная толщина светового луча?

Работа №14 дифракционный метод определения размера частиц

Цель работы:	измерение размеров частиц ликоподия дифракционным методом
Приборы и принадлежности:	а) оптическая скамья, б) газовый лазер, в)стеклянные пластинки с зажатым между ними тонким слоем порошка ликоподия, в) микроскоп на поперечных салазках с микрометрическим винтом, г) экран

Введение

Дифракционный метод определения размера частиц диаметром менее одного микрона является наиболее точным и удобным по сравнению с другими известными методами. Это обусловлено направленностью и монохроматичностью излучения лазеров, используемых в качестве источника света, достаточно простым экспериментом и несложными вычислениями.

Строгий расчет распределения интенсивности в дифракционной картине, получаемой при дифракции на одной частице (на непрозрачном экране) и тем более на беспорядочно расположенных в плоскости частицах, достаточно сложен, поэтому мы ограничимся лишь рассуждениями и формулами, необходимыми для решения поставленной задачи.

Распределение на экране Э интенсивности I() в дифракционной картине от одной частицы, являющейся непрозрачным экраном, изображено на Рис. 1 б).

Дифракционная картина от одной частицы на экране Э представляет собой систему светлых и темных концентрических колец; в центре картины - яркое светлое пятно. Следует иметь в виду, что углы дифракции  малы, а расстояния между частицей и экраном очень велики, как по сравнению с ее размерами, так и с длиной волны. Можно поэтому считать, что экран находится бесконечно далеко от частицы. Тогда, если наблюдается дифракция от системы беспорядочно расположенных частиц, например, капелек тумана, пылинок на стеклянной пластинке, то картина дифракции существенно не изменится. Действительно, результирующая картина распределения интенсивности света на экране будет представлять собой наложение дифракционных картин от отдельных частиц. Но, поскольку центры дифракции (пылинки, например) расположены беспорядочно, то рассеяние света (т.е. дифракция) на них некогерентно и определенные соотношения между фазами элементарных волн, приходящих в какую-либо точку Р экрана от различных частиц отсутствуют. В этой точке, следовательно, складываются уже не амплитуды световых волн, а их интенсивности. Поэтому распределение интенсивности остается тем же, что и на рис.1, но интенсивность максимумов становится больше в N раз, где N‑ число частиц – центров излучения. При этом размеры частиц должны быть приблизительно одинаковыми.

Максимумы и минимумы интенсивности в дифракционной картине, как показывают теория и опыт, наблюдаются под углами, удовлетворяющими определенным условиям, приведенным в таблице 1.

Таблица 1

Максимумы интенсивности	Минимумы интенсивности
sin  0 = 0	sin  1 =
sin  2 =	sin  3 =
sin  4 =	sin  5 =
sin  6 =	sin  7 =

Как видно из таблицы 1, положение максимумов и минимумов, а значит, и размеры картины зависит от радиусов частиц r. По формулам, приведенным в таблице, определив из опыта углы , можно вычислить радиус частичек r.

СХЕМА ОПЫТА.

На Рис. 2 показано расположение приборов: ЛГ - лазер, П - образец, (слой порошка ликоподия между двумя стеклянными пластинками), Э - экран со шкалой (миллиметровая бумага). Образец располагается примерно в 1,5 м от экрана (это расстояние можно изменять), приближение его к экрану будет делать картину колец более четкой, одновременно уменьшая размеры колец.