3.Контрольные вопросы

1. Что такое волновое сопротивление кабеля? Как измениться волновое сопротивление, если кабель укоротить вдвое?

2. При каком сопротивлении нагрузки амплитуда отраженного импульса максимальна (минимальна)?

3. Почему стремятся входное сопротивление устройства, принимающего электромагнитные сигналы, сделать равным волновому сопротивлению кабеля?

4. Как изменится расстояние между импульсами на экране осциллографа, если длительность развертки увеличить вдвое?

лабораторная работа № 8.1

Определение длины волны лазерного излучения с помощью интерференции от двух щелей

1.Вывод рабочих формул и описание установки

Цель работы: исследуя интерференционную картину, определить длину волны светового излучения лазера.

Приборы и принадлежности: газовый лазер, линза, двойная щель, экран, линейка.

В данной работе для получения и исследования интерференционной картины применяется установка, принципиальная схема которой приведена на рис.1 и рис.2. На оптической скамье, снабженной миллиметровой шкалой, на ползунках - штативах укреплены:

ЛГ – лазер газовый; Л₁ и Л₂ – линзы; S₁S₂ – двойная щель; Э – экран.

В опыте Юнга в качестве источника света используется электрическая лампа накаливания, что создает ряд неудобств. Из-за малой пространственной когерентности данного излучения на пути пучка света приходится ставить коллиматор (узкую щель). Это приводит к резкому уменьшению интенсивности света, приходящего на двойную щель и невозможности наблюдения интерференционной картины невооруженным глазом. Из-за малой длины когерентности этого излучения ужесточаются требования к двойной щели (отверстия должны быть плоскопараллельными и очень узкими), что усложняет учебную установку и юстировку.

Использование лазера в качестве источника монохроматического излучения устраняет эти неудобства.

Газовый лазер дает очень узкий пучок света, поэтому с помощью линзы Л₁ его сначала немного расфокусируют, а затем направляют на двойную щель. Эти щели можно рассматривать как источники когерентных колебаний, распространяющихся в заданном направлении. В результате в заштрихованной на рис.1 области возникает четкая интерференционная картина, которую можно наблюдать на экране Э.

Если d – расстояние между центрами щелей; l – расстояние от щелей до экрана; Z – расстояние между k-й и m-й темными полосами, то длина волны лазерного излучения .

Для определения расстояния d между центрами щелей используют линзу Л₂ (рис.2). Ее необходимо поставить так, чтобы на экране наблюдалось четкое изображение двух источников света.

Если d' - расстояние между центрами этих источников на экране, b – расстояние от линзы Л₂ до экрана, a – расстояние от линзы Л₂ до двойной щели, то из подобия треугольников следует: , откуда: .

Окончательно получаем: .

2.Порядок выполнения работы

1. Собрать оптическую схему. Поставить линзу Л₁ на расстояние 3-5 см. от лазера, а двойную щель – на расстояние 40-50 см. от лазера.

2. Включить лазер.

3. Выставить элементы оптической схемы по высоте так, чтобы свет проходил все элементы и падал на экран.

4. Установить линзу Л₂ так, чтобы на экране четко наблюдались увеличенные изображения двух щелей (10-15 см. от щелей).

5. С помощью линейки измерить расстояния:

a – от щелей до центра линзы Л₂; b – от центра линзы Л₂ до экрана; d' -между срединами изображений двух щелей.

6. Вычислить расстояние между щелями: .

7. Вычислить расстояние от щелей до экрана: .

8. Убрать линзу Л₂ из ползунка-штатива (или опустить ее на 5-10 см.). На экране появится четкая интерференционная картина.

9. С помощью линейки измерить Z - расстояние между 7-10 темными или светлыми полосами на экране.

10. Вычислить длину волны источника света: , где m=1 – номер первой полосы, взятой для отсчета Z;

k – номер последней полосы взятой для отсчета Z.

11. Повторить опыт при другой двойной щели.

12. Найти погрешности прямых и косвенных измерений. Результаты измерений и вычислений записать в таблицу:

№ п/п

d', мм

Δd', мм

a, мм

Δa, мм

b, мм

Δb, мм

l, мм

Δl, мм

d, мм

Δd, мм

d, %

Z, мм

ΔZ, мм

m

k

, мм

Δ, мм

, %

1

1

2

1