Визначення довжини світлової хвилі з допомогою дифракційної решітки
Мета: Дослідним шляхом визначити довжину світлової хвилі.
Обладнання: 1. Прилад для визначення довжини світлової хвилі. 2. Підставка для приладу. 3. Дифракційна решітка. 4. Лампа з прямою ниткою розжарення в патроні зі шнуром і вилкою.
В результаті виконання лабораторної роботи студент повинен
знати: визначення та закономірності явищ дифракції, інтерференції світла, формулу для визначення довжини світлової хвилі з допомогою дифракційної решітки;
вміти: користуючись дифракційною решіткою визначати довжину світлової хвилі.
Теорія. Паралельний пучок світла, проходячи крізь дифракційну решітку, внаслідок дифракції за решіткою, поширюється в усіх можливих напрямках і інтерферує. На екрані встановленому на шляху інтерферуючого світла, можна спостерігати інтерференційну картину. Максимум світла спостерігається в точках екрана, для яких виконується умова:
=n
(1)
де - різниця ходу хвиль; - довжина світлової хвилі; n - номер максимума.
Центральний максимум називають нульовим, для нього =0. Зліва і справа від нього розміщуються максимуми вищих порядків.
Умову
виникнення максимуму (1) можна записати
ще так: n
d
Тут d - період дифракційної решітки;
- кут під яким видно світловий максимум.
Так як кути дифракції, як правило, малі,
то для них можна прийняти
tg
а tg
=а/b. Тому n
=
dа/b (2).
В даній роботі формулу (2) використовують для обчислення довжини світлової хвилі.
ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ
1. Зібрати установку, зображену на малюнку.
2. Встановити на демонстраційному столі лампу і ввімкнути її.
3.Дивлячись через дифракційну решітку, направити прилад на лампу, так, щоб через вікно екрана приладу було видно нитку лампи.
4.Екран приладу встановити на можливо більшій відстані від дифракційної решітки і отримати на ньому чітке зображення спектрів І і II порядків.
5. Виміряти за шкалою бруска установки відстань "b" від екрана приладу до дифракційної решітки.
6. Визначити відстань від нульової поділки "0" шкали екрана до середини фіолетової смуги як зліва "ал", так і справа "ап" для спектрів першого порядку і обчислити середнє значення аср.
8. Такі ж вимірювання виконати і для червоних променів дифракційного спектру.
9. Обчислити за формулою (2) довжину хвилі фіолетового світла для спектрів І і II порядків, довжину хвилі червоного світла І і ІІ порядків.
10.Результати вимірювань і обчислень записати в таблицю.
№ п/п |
Період дифракційної решітки d, мм |
Порядок спектра, n |
Видимі межі фіолетового світла середнє, аф, мм |
Видимі межі червоного світла середнє, ач, мм |
Відстань від решітки до екрана, b, мм |
Довжина світлової хвилі фіолетового кольору, ф, мм |
Довжина світлової хвилі червоного кольору, ч, мм |
1 |
|
1 |
|
|
|
|
|
2 |
|
2 |
|
|
|
|
|
Контрольні запитання.
Чому нульовий максимум дифракційного спектра білого світла ‒ біла смуга, а максимум вищих порядків ‒ набір кольорових смуг?
Чому максимуми розміщуються як зліва, так і справа від нульового максимума?
В яких точках екрана отримуються І, II, III максимуми?
Який вигляд має інтерференційна картина у випадку монохроматичного світла?
В яких точках екрана отримується світловий мінімум?
Яке значення має ширина і число щілин дифракційної решітки?
Чому дорівнює різниця ходу світлових променів ( =0,49 мкм), що дає 2-й максимум в дифракційному спектрі? Визначте частоту цього випромінювання.
Домашня робота. Розв'язати задачі (2) № 25.36, № 25.38.
Покладіть горизонтально на рівні очей грамплатівку чи комп’ютерний диск. Опишіть і поясніть явища, що спостерігаєте.
Таблиці