Для определения длины волны из уравнения решетки необходимо знать .

Так как ℓ >> x, то:

.

Подставив это выражение в уравнение решетки, получим:

(1)

Ход работы

1. Включить лазер ЛГ-75.

2. Установить экран на таком расстоянии от дифракционной решетки, чтобы на нем получилось четкое изображение максимумов нулевого, первого и третьего порядков.

3. Измерить расстояние «ℓ» от экрана до решетки.

4. Измерить расстояние между серединами полос первого, второго и третьего порядков: x₁,x₂,x₃.

5. Вычислить длину волны по формуле (1)для 1, 2 и 3 порядков. Данные занести в таблицу.

6. Вычислить погрешности определения длины волны: относительную и абсолютную погрешности (косвенного измерения).

7. Конечный результат выдать в виде выражения:

м, Е%.

Таблица

	№	ℓ	∆ℓ	x k = 1	∆x k = 1	x k = 2	∆x k = 2	x k = 3	∆x k = 3	λ
	1
	2
	3
	средние значения

Контрольные вопросы

1. В чем заключается явление интерференции?

2. В чем заключается явление дифракции?

3. Объяснить явление перераспределения световой энергии при дифракции?

4. Какие источники электромагнитных волн являются когерентными?

5. Что такое дифракционная решетка? Уравнение решетки.

6. На дифракционную решетку нормально падает параллельный пучок лучей с длинами волн λ₁и λ₂(λ₁> λ₂). Дать рисунок (ход лучей), соответствующий перераспределению энергии в порядках k = 0, k = 1, k = 2.

Лабораторная работа № 4

«Поляризация. Определение концентрации сахарных растворов с помощью сахариметра»

Цель работы: провести градуировку сахариметра и определить концентрацию сахарного раствора.

Приборы и материалы:поляриметр, набор кювет с сахарным раствором.

Теоретическое введение

С волновой точки зрения на природу света, свет – электромагнитные волны, образованные колебаниями вектора напряженности Ēэлектрического поля и вектора напряженности магнитного поля. Электромагнитные волны поперечны: колебанияĒи происходят в плоскостях, перпендикулярных направлению распространения волны.

Колебания испытываются уравнениями:

;

,

если волна распространяется вдоль оси «х» при начальной фазе, равной нулю.

В естественном свете колебания различных направлений быстро и беспорядочно сменяют друг друга: Ēи колеблются с равной вероятностью в различных направлениях. Свет, в котором направления колебаний упорядочены каким-либо образом, называетсяполяризованным. Свет, у которого колебания вектораĒпроисходят в одном направлении, называетсяплоско поляризованнымилилинейно поляризованным(рис.1).

Плоскость, в которой колеблется векторĒ, называетсяплоскостью колебаний, а плоскость, перпендикулярная плоскости колебаний по историческим причинам, называетсяплоскостью поляризации.

Свет, в котором колебания одного направления преобладают над колебаниями других направлений, называются частично поляризованными.

Плоско - поляризованный свет можно получить, если пропускать свет через среду, структура и свойства которой в различных направлениях различны.

Это анизотропные среды. Такими средами для света являются преимущественно кристаллические тела, из которых изготавливают устройства, называемые поляризаторами. Поляризованный свет можно получить при отражении и преломлении на границе диэлектрических сред, а также при двойном лучепреломлении.

Получение поляризованного света на анизотропном кристалле является исторически первым. Поляризаторы свободно пропускают колебания, параллельные плоскости поляризации и полностью задерживают колебания, перпендикулярные к этой плоскости. Подобное устройство, служащее для определения характера и степени поляризации света, называются анализаторами. Приборы, состоящие из поляризатора и анализатора, называются поляриметрами.

Простейший поляриметр состоит из двух призм Николя – поляризатора и анализатора. Призма Николя– специально обработанный кристалл исландского шпата. У кристалла отшлифовывается угол до 68º; кристалл распиливается по диагонали, полируется и склеивается канадским бальзамом. На входе естественного луча в кристалле происходит двойное лучепреломление; падающий луч разбивается на два луча: обыкновенный «0» и необыкновенный «ℓ». Показатель преломления исландского шпата для «ℓ» луча меньше показания преломления канадского бальзама, а для «0» луча больше показания преломления канадского бальзама. Вследствие этого «0» луч, проходя через призму, на границе канадский бальзам – исландский шпат испытывает полное внутренне отражение и поглощается зачерненной гранью кристалла (рис.2).

За пределами призмы выходящий луч является плоско - поляризованным и несет половину энергии входящего луча, а так как возможны еще и потери на отражение и поглощение, то выходящий луч имеет интенсивность, меньшую половины интенсивности входящего луча.

Если за первым Николем (поляризатором) поставить второй Николь (анализатор) так, чтобы совпали плоскости их главных сечений, то, согласно закону Малюса , за вторым Николем мы увидим свет. При повороте анализатора интенсивностьIвыходящего света будет зависеть от угла поворотаα.

Некоторые вещества обладают свойством поворота плоскости поляризации при прохождении через них плоско - поляризованного света. Такие вещества называются оптически активными (растворы сахара, глюкозы)

Угол поворота плоскости поляризации в случае растворов:

(1),

где ℓ- толщина слоя (длина кюветы);

С- концентрация раствора;

- удельная постоянная вращения.

В данной работе используется полутеневой сахариметр, в котором после поляризатора помещают бикварцевую пластину, состоящую из двух кварцевых пластинок: одна из правовращающего, другая из левовращающего кварца.

С помощью окуляра добиваются не видимости раздела бикварцевой пластины. Поворотом анализатора можно добиться равной освещенности обеих половин поля зрения окуляра. Если же между Николями поместить оптически активное вещество, то равенство полей зрения нарушиться.

Вращая анализатор, снова добиваются равной освещенности поля зрения окуляра. Разность отсчетов положений анализатора в этих случаях даст угол поворота плоскости колебаний Ē, который зависит от концентрации раствора оптически активного вещества.

Для исключения влияния длины волны в приборе ставится светофильтр.