Теоретичні відомості

Паралельний пучок світла, що пройшов крізь дифракційну решітку, за решіткою внаслідок дифракції поширюється в різноманітних напрямках і потім інтерферує. Інтерференцією зветься явище підсилення або послаблення світла при накладанні світлових хвиль від двох когерентних джерел світла. Когерентними джерелами світла звуться джерела, що випромінюють світло однакової частоти (або довжини хвилі λ) та мають постійну в часі різницю фаз коливань (або різницю оптичного ходу Δ). Дифракція світла – це явище огинання світловими хвилями перетину (або отвору) , що зустрічається на шляху хвиль. Спостерігається таке явище за умови сорозмірності геометричного розміру перетину і довжини світлової хвилі, а пояснюється за допомогою принципу Гюйгенса. На екрані, що знаходиться на шляху дифрагуючого світла, можна спостерігати інтерференційну картину (рис.1).

Рис.1

При цьому максимуми інтенсивності світла спостерігаються в точках екрану,

для яких виконується умова інтерференційного максимуму:

Δ = kλ,

де - різниця оптичного ходу хвиль, λ- довжина світлової хвилі,

k- номер (порядок) максимуму.

Центральний максимум називають нульовим (Δ=0, k =0). Вище і нижче від нього розташовуються максимуми вищих порядків (k=1, 2, 3,…) .( рис.1).Умову виник-нення інтерференційного максимуму можна записати інакше:

kλ=dsinφ, (1)

де d - період дифракційної решітки,

φ - кут, під яким видно світловий максимум (кут дифракції).

Ця формула (1) зветься формулою дифракційної решітки. Оскільки кути дифракції, як правило, малі, то для них можна прийняти:

sinφ ≈ tg φ. (2)

Як видно з рис.1, tg φ=h/L , тому kλ=dh/L, звідки

λ = dh / (kL). (3)

Останню формулу (3) в даній лабораторній роботі використовують для обчислен-ня довжини світлової хвилі. Її можна називати «робочою формулою».

Одержати дифракційний спектр можна, використовуючи прилад для визначення довжини світлової хвилі (рис. 3). Прилад складається з бруска 1 із шкалою, стрижня 2, закріпленого в штативі 3, та повзунка 4 з екраном 5 і рамки 6 з дифрак-ційною решіткою. Якщо використовується біле світло, яке за своїм вмістом – складне, то нульовий інтерференційний максимум (k =0)– це біла сму-га, а максимуми вищих порядків являють собою набір сімох кольорових смуг, сукупність яких називають спектром k - го порядку (k=1, 2, 3,..., як праворуч і так ліворуч від центрального максимуму) (рис.2).

Рис.2

Порядок виконання роботи.

1. Закріпити прилад в штативі і направити його на джерело світла так, щоб дивлячись через дифракційну решітку крізь щілину в екрані було видно нитку розжарення лампи.

2. Вставити у рамку дифракційну решітку так, щоб її штрихи були паралельні

Рис. 3

Рис. 4

щілині в екрані. В даній роботі використовуються решітки з постійною d=0,01мм.

3

Рис.3

. Екран встановити на найбільшій відстані від дифракційної решітки (L≈ 50см) і одержати чітке зображення спектрів 1 і 2 порядків.

4. Визначити за шкалою бруска відстань L (мм) від решітки до екрана.

5. Визначити відстань h від центрального максимуму до смуги заданого кольору ліворуч h_л (мм) і праворуч h_п (мм) для спектрів першого порядку (k=1) та другого порядку(k=2).На рис.4 показаний приклад визначення цих відстаней для фіолетового випромінювання.

6. За цими даними розрахувати чотири значення λ_i і провести обробку результа-тів за стандартною методикою.

7.Визначити дійсну величину значення λ_дійсн за формулою

λ_дійсн = <λ_і>±<Δλ_i>

Табл..№1

№ з/п	k	hл	hп	<h>	λі	<λі>	Δλi	<Δλi>	ε
		мм	мм	мм	м	м	м	м	%
1	1
2
1	2
2

8. Порівняти одержані значення довжини світлової хвилі заданого кольору з табличними значеннями.

9. Розмістити перед екраном з боку лампи світлофільтр, розглянути спектр і пояснити явище, що спостерігається.

10. Зробити висновки за результатами роботи.