Лабораторная работа №18 «Измерение длины волны с помощью дифракционной решетки»

Цель работы: Определить длину волны для красного и фиолетового цвета при помощи дифракционной решетки.

Оборудование:

• источник света;

• экран с щелью и линейкой;

• дифракционная решетка.

Теория:

Для того, чтобы определить длину световой волны, воспользуемся следующим прибором:

На одном из концов длинной линейки с миллиметровыми делениями крепится черный экран, который можно перемещать по всей длине линейки. Посередине этого экрана имеется прорезь. На другом конце линейки помещают дифракционную линейку. Смотря сквозь решетку и прорезь на источник света, мы увидим на черном фоне экрана по обе стороны прорези дифракционные спектры первого, второго и т.д. порядков. Использую формулу дифракционной решетки и учитывая то, что для малых углов , рассчитаем длину световой волны:

где d – период решетки, b – расстояние от прорези до линии спектра определяемой длины волны, а – расстояние от дифракционной решетки до экрана по линейке.

Ход работы:

1. Соберите измерительную установку, закрепив ее в лапке штатива. Установите экран на расстоянии 30 см от решетки.

2. Смотря сквозь дифракционную решетку и щель в экране, на источник света и перемещая решетку в держателе, установите ее так, чтобы дифракционные спектры располагались параллельно шкале экрана.

3. Вычислите длину волны красного цвета в спектре второго порядка справа или слева от щели в экране по формуле:

где d – период дифракционной решетки, он указан на самой решетке. Величину, указанную на решетке, необходимо разделить на 1000. Тем самым мы получим значения периода выраженные в метрах b_k, расстояние спектра на линейке отклоненного от щели и выраженного в метрах, k – порядок спектра.

Данные внести в таблицу:

	а, м	b, м	d, м	k	∆а, м	∆b, м	∆d, м	λ, нм	∆λ, нм	ελ
кр.	0,3	4,4*10-2	10-5	2	5*10-4	5*10-4	5*10-4	733±9	9	0,012
фиол.	0,3	2,6*10-2	10-5	2	5*10-4	5*10-4	5*10-4	433±9	9	0,021

Вывод: с помощью дифракционной решетки определили длину волны для фиолетового и красного цвета. Данные получили близкие к табличным значениям длин волн:

по таблице:

;

;

по данным работы:

;

.

Лабораторная работа №19 «Определение показателя преломления стекла»

Цель работы:определить показатель преломления стеклянной плоскопараллельной пластины.

Оборудование:

1. Осветитель галогеновый;

2. Диафрагма с одной щелью;

3. Плоскопараллельная стеклянная пластина, имеющая форму трапеции;

4. Линейка;

5. Бумага с миллиметровой сеткой (или в клетку);

6. Циркуль;

7. Источник тока 12 В.

Описание работы:

На одну из параллельных граней платины наклонно к ней направляют узкий световой пучок. Проходя через платину, этот пучок испытывает двукратное преломление. Источником света служит галогеновая лампочка, подключенная через источник питания 12В. Световой пучок создается с помощью диафрагмы с щелью.

Показатель преломления стекла относительно воздуха определяется по формуле:

где α- угол падения пучка света на грань пластины из воздуха в стекло, β- угол преломления светового пучка в стекле.

Перед тем как направить на пластину световой пучок, ее располагают на листе миллиметровой бумаги (или листе бумаги в клетку) так, чтобы одна из ее параллельных граней совпала с предварительно отмеченной линией на бумаге. Эта линия укажет границу раздела сред воздух-стекло. Тонко отточенным карандашом проводят линию вдоль второй параллельной грани. Эта линия изображает границу раздела сред стекло – воздух. После этого, не перемещая пластины, на ее первую параллельную грань направляют пучок света под каким-либо углом к грани. Вдоль падающего на пластину пучка света и вышедших из нее световых пучков тонко очиненным карандашом ставят точки 1,2, 3 и 4.

После этого лампочку выключают, пластину снимают и с помощью линейки прочерчивают входящий, выходящий и преломленный лучи.

Через точку В границы раздела сред воздух-стекло проводят перпендикуляр к границе, отмечают углы падения α и преломления β. Далее с помощью циркуля проводят окружность с центром в точке В и постройте прямоугольные треугольники АВЕ и СВD.

Так как , и AB=ВС, то формула для определения показателя преломления стекла примет вид:

Длину отрезков AE и DC измеряют по миллиметровой бумаге или с помощью линейки. При этом в обоих случаях инструментальную погрешность можно считать равной 1 мм. Погрешность отсчета надо взять также равной 1 мм для учета неточности в расположении линейки относительно края светового пучка. Т.е. ΔAE=ΔCD= 2мм. Тогда:

Максимальная абсолютная погрешность определяется по формуле

где – приближенное значение показателя преломления.

Окончательный результат измерения показателя преломления записываем так:

Ход работы:

1. Подключить галогеновую лампу к источнику тока. С помощью диафрагмы с одной щелью получить тонкий световой пучок.

2. Измерить показатель преломления стекла относительно воздуха при любом угле падения. Результат измерения записать с учетом вычисленных погрешностей.

3. Повторить то же два раза при других углах падения.

4. Занести результаты в следующую таблицу:

№ п/п	Угол падения	Угол преломления		nср	АЕ, см	ДС, см		nср
1	30	19	1,53	1,52	1.5	1	1,5	1,5
2	45	28	1,51		2,1	1,4	1,5
3	60	35	1,51		2,7	1,8	1,5

Определим погрешность показателя преломления для первого способа:

= =1.53	= = =1,5
= =1.51	= = =1,5
= =1.51	= = =1,5

= =1.52

=|

=| = 0, 01

=| = 0, 01

Определим погрешность показателя преломления для второго способа:

n=1.5

Вывод: показатель преломления стекла равен: