Второй уровень

Основные теоретические положения

Параллельный пучок света, проходя через дифракционную решетку, вследствие дифракции за решеткой, распространяется по всевозможным направлениям и интерферирует. На экране, установленном на пути интерферирующего света, можно наблюдать интерференционную картину. Максимумы света наблюдаются в точках экрана, для которых выполняется условие

(1)

где разность хода волн; длина световой волны; n – номер максимума. Центральный максимум называют нулевым; для него . Слева и справа от него располагаются максимумы высших порядков.

Условие возникновения максимума (1) можно записать иначе: (рис. 1), где d – период дифракционной решетки, n – порядок спектра, (номер максимума), угол, под которым виден световой максимум (угол дифракции).

Рис.1

Так как углы дифракции, как правило, малы, то для них можно принять а (рис.1), поэтому (2)

В данной работе формулу (2) используют для вычисления длины световой волны.

Анализ формулы (1) показывает, что положение световых максимумов зависит от длины волны монохроматического света: чем больше длина волны, тем дальше максимума от нулевого.

Белый свет по составу – сложный. Нулевой максимум для него – белая полоса, а максимумы высших порядков представляют собой набор семи цветных полос, совокупность которых называют спектром соответственно I,II,…порядка (рис.3).

Получить дифракционный спектр можно, используя прибор для определения длины световой волны (рис.2). Прибор состоит из бруска 1 со шкалой. Внизу бруска укреплен стержень 2.

Его вставляют в отверстие подставки от подъемного столика. Брусок закрепляют под разными углами с помощью винта 3. Вдоль бруска в боковых пазах его может перемещаться ползунок 4 с экраном 5. К концу бруска прикреплена рамка 6, в которую вставляют дифракционную решетку.

Рис.2 Рис.3

Порядок выполнения работы

Задание I: Определить опытным путем длины волн фиолетового и красного света.

1. Соберите установку, изображенную на рис.2.

2. Установите на демонстрационном столе лампу и включите ее.

3. Смотря через дифракционную решетку, направьте прибор на лампу так, чтобы через окно экрана прибора была видна нить лампы.

4. Экран прибора установите на возможно большем расстоянии от дифракционный решетки и получите на нем четкое изображение спектров I и II порядков.

5. Измерьте по шкале бруска установки расстояние «b» от экрана прибора до дифракционной решетки.

6. Определите расстояние от нулевого деления (0) шкала экрана до середины фиолетовой полосы как слева « », так и справа « » для спектров I порядка (рис. 3) и вычислите среднее значение

7. Опыт повторите со спектром II порядка.

8. Такие же измерения выполните и для красных полос дифракционного спектра.

9. Вычислить по формуле (2) длину волны фиолетового света для спектров I и II порядков, длину волны красного света I и II порядков.

10. Начертите таблицу 1 для записи результатов измерений и вычислений.

11. Результаты измерений и вычислений записать в таблицу 1:

Таблица 1

Номер опыта	Период дифракционной решетки d,мм	Порядок спектра n	Расстояние от дифрак. решетки до экрана b, мм	Видимые границы спектра фиолетового света			Видимые границы спектра красного света			Длина световой волны
				слева ал,мм	справа ап, мм	среднее аср, мм	слева ал,мм	справа ап, мм	среднее аср, мм	красного излучения λк, мм	Фиолетового излучения λф, мм

12. Сравните полученные результаты с табличными значениями для длин волн фиолетового и красного света (опорный конспект, тема: Дисперсия света).

13. Сделайте вывод по результатам лабораторной работы.

Задание II: Оформить результаты измерений и вычислений в форме отчета по лабораторной работе в соответствии с Приложением Б.

Контрольные вопросы:

1. Почему нулевой максимум дифракционного спектра белого света – белая полоса, а максимум высших порядков – набор цветных полос?

2. Почему максимумы располагаются как слева, так и справа от нулевого максимума?

3. В каких точках экрана получаются I,II,III максимумы?

4. Какой вид имеет интерференционная картина в случае монохроматического света?

5. В каких точках экрана получается световой минимум?

6. Задача: Чему равна разность хода светового излучения λ = 0,49мкм, дающего 2-й максимум в дифракционном спектре? Определите частоту этого излучения.

Форма контроля - письменный отчет

Список рекомендуемой литературы:

1. Мякишев Г.Я. Физика 11 класс.- М.: Просвещение, 2011.- 399 с. + CR-ROM.