Методические рекомендации и задания для самостоятельной работы по физике разделы (стр. 5 из 8)

10. Дифракция на 2-х, 3-х, 4-х и N-щелях. Дифракционная решетка, Распределение интенсивности при дифракции на решетке. Условия максимумов и минимумов (главных и добавочных). Как изменяется интенсивность максимумов при увеличении числа щелей решетки? Угловая ширина максимумов. Число наблюдаемых максимумов.

11. Спектральные характеристики дифракционной решетки:

a) угловая (линейная) дисперсия,

б) разрежающая сила (способность),

в) дисперсионная область.

12. Сравнить дифракционные картины для решеток с одинаковыми периодами

и различными числами щелей .

Задачи к коллоквиуму

1. Дифракционная картина наблюдается на расстоянии

от точечного источника монохроматического света ( ). На расстоянии от источника помещена круглая непрозрачная преграда диаметром 1 см. Найти расстояние , если преграда закрывает только центральную зону Френеля.

(Ответ: 167 м)

2. На щель шириной 2 мкм падает нормально параллельный пучок монохроматического света (

). Под какими углами будут наблюдаться дифракционные минимумы света?

(Ответ:

, , )

3. На щель шириной 20 мкм падает нормально параллельный пучок монохроматического света (

). Найти ширину изображения щели на экране, удаленном от щели на расстояние 1 м. Шириной изображения считать расстояние между первыми дифракционными минимумами, расположенными по обе стороны от главного максимума освещенности.

(Ответ: 0,05 м)

4. Могут ли перекрываться спектры первого и второго порядков при освещении дифракционной решетки видимым светом?

5. На дифракционную решетку нормально падает пучок света от разрядной трубки. Какова должна быть постоянная дифракционной решетки, чтобы в направлении

совпадали максимумы линий и ?

(Ответ:

)

6. Физический смысл главных и добавочных минимумов при дифракции на решетке.

7. Для какой длины волны дифракционная решетка имеет угловую дисперсию

в спектре третьего порядка? Постоянная решетки 5 мкм.

(Ответ: 508 нм)

Вопросы к лабораторным работам

I . «Изучение дифракционной решетки и длин световых волн с ее помощью»

1. Какого типа дифракция (Френеля или Фраунгофера) наблюдается в лабораторной работе?

2. Какого цвета линия в спектре первого порядка и более высоких порядков будет ближайшей к центральному максимуму?

3. Чем отличается дифракционный спектр от призматического?

4. Как определяется спектральная область и разрешающая способность решетки?

5. Каково устройство гониометра? Как производится его установка?

6. Пользуясь правилами геометрической оптики, постройте ход лучей в гониометре (при наличии дифракционной решетки) от источника света до глаза для максимумов нулевого и первого порядков?

7. Как вычисляется положение главного максимума в том случае, если свет падает на решетку наклонно (под углом)?

8. Чем будут отличаться дифракционные картины, полученные от решеток с различными постоянными, но с одинаковым числом штрихов?

9. Как изменится дифракционная картина, если изменить ширину щели, не меняя постоянной решетки?

10. Как влияет общее число штрихов решетки на вид спектра?

11. Докажите, что интенсивность в максимуме решетки в N² раз больше, чем при одной щели.

12. В каком случае в дифракционной картине, полученной от решетки, может отсутствовать спектр второго порядка, хотя спектры первого и третьего порядков видны?

Задания для самостоятельного решения

I вариант

1. Найти радиусы

первых пяти зон Френеля, если расстояние от источника света до волновой поверхности 1 м, расстояние от волновой поверхности до точки наблюдения 1 м. Длина волны света 500 нм.

2. Диск из стекла (n =1,7) закрывает 1,5 зоны Френеля для длины волны 5000 Ǻ. При какой минимальной толщине диска освещенность в центре дифракционной картины максимальна?

3. Постоянная дифракционной решетки 2 мкм. Какую разность длин волн

может разрешить эта решетка в области желтых лучей в спектре второго порядка? Ширина решетки 2,5 см.

4. Угловая дисперсия дифракционной решетки для

в спектре первого порядка . Найти период дифракционной решетки.

5. На дифракционную решетку нормально падает пучок света от разрядной трубки, наполненной гелием. На какую линию

в спектре третьего порядка накладывается красная линия гелия спектра второго порядка?

II вариант

1. Найти радиусы

первых пяти зон Френеля для плоской волны, если расстояние от волновой поверхности до точки наблюдения 1 м. Длина волны света 500 нм.

2. Дифракционная картина наблюдается на расстоянии 4 м от точечного источника монохроматического света (

). Посередине между экраном и источником света помещена диафрагма с круглым отверстием. При каком радиусе отверстия центр дифракционных колец, наблюдаемых на экране, будет наиболее темным?

3. Какова должна быть постоянная дифракционной решетки, чтобы в первом порядке были разрешены линии спектра калия

и ? Ширина решетки 3 см.

4. Чему равна интенсивность максимума третьего порядка при дифракции на решетке с периодом 6 мкм и шириной щели 2 мкм?

5. На дифракционную решетку нормально падает пучок света. При повороте трубы гониометра на угол

в поле зрения видна линия в спектре третьего порядка. Будут ли видны под этим же углом другие спектральные линии, соответствующие длинам волн в пределах видимого спектра (от 400 нм до 700 нм)?

III вариант

1. Свет от монохроматического источника

падает нормально на диафрагму с диаметром отверстия 6 мм. За диафрагмой на расстоянии 3 м от нее находится экран. Какое число зон Френеля укладывается в отверстие диафрагмы? Каким будет центр дифракционной картины на экране: темным или светлым?

2. Свет с длиной волны 6000 Ǻ падает нормально на экран с круглым отверстием диаметром 1,2 мм .На расстоянии 18 см. за экраном в центре дифракционной картины наблюдается темное пятно. На какое минимальное расстояние надо передвинуть экран, чтобы снова наблюдать темное пятно?

3. Какова должна быть постоянная дифракционной решетки, чтобы в первом порядке был разрешен дублет натрия

и . Ширина решетки 2,5 см

4. Постоянная дифракционной решетки 2,5 мкм. Найти угловую дисперсию

решетки для в спектре первого порядка.

5. На дифракционную решетку нормально падает пучок света. Натриевая линия (

) дает в спектре первого порядка угол дифракции . Некоторая линия дает в спектре второго порядка угол дифракции . Найти длину волны этой линии и число штрихов на единицу длины решетки.