Лабораторна робота № 9

1. Тема

Визначення довжини світлової хвилі за допомогою дифракційної решітки

2. Мета і завдання

1. Поглибити уявлення про будову та дію дифракційної решітки.

2. Навчитися визначати довжину світлової хвилі за допомогою дифракційної ґратки.

3. Інформаційне забезпечення

1. Л. С. Жданов, Г. Л. Жданов. Фізика (§§ 32.5  32.8).

4. Технічне забезпечення

1. Прилад для визначення довжини світлової хвилі; дифракційна решітка; лампа денного світла.

Н е починати виконувати роботу, якщо в інструкції що-небудь залишилось незрозумілим.

З приладами поводитися обережно. Запобігати падінню дифракційної ґратки. При переміщенні екрану не застосовувати надмірні зусилля.

Не позичати приладів у інших робочих груп.

5. Теоретичні відомості

Використовуючи явище дифракції світла, можна виміряти довжину світлової хвилі. Для цього використовують дифракційну решітку. Дифракційна решітка, являє собою велику кількість прозорих і непрозорих щілин, які приходяться на одиницю довжини її поверхні. Таким чином, вона являє собою сукупність невеликих перешкод (порівняно з довжиною світлової хвилі) на шляху поширення світлового променя. При проходженні світла через дифракційну решітку дуже добре спостерігається відхилення його від прямолінійного поширення, тобто явище дифракції. Одним з основних параметрів дифракційної ґратки є період ґратки d, який показує кількість щілин на одиницю довжини, або відстань між щілинами.

Якщо промені світла падають паралельним пучком перпендикулярно до ґратки, то в її площині вони матимуть однакові фази. Тому промені, які проходять без відхилень (нормально до ґратки), не мають різниці фаз і на екрані накладаються разом, утворюючи центральний максимум білого кольору.

Світлові хвилі, що поширюються в будь-якому іншому напрямі, утворюють певний кут з нормаллю і мають різні фази, бо їхні промені після того, як минають щілини, проходять неоднакові відстані. Таким чином, якщо на різниці ходу променів до екрану укладається будь-яка ціла кількість довжин хвиль, то ці хвилі прийдуть в одній фазі, посилять одна одну і дадуть на екрані максимум інтенсивності світла. В протилежному випадку буде мінімум інтенсивності (Рис. 9.1)

З умови максимуму інтенсивності світла (рівняння дифракційної ґратки):

(1) можна знайти довжину хвилі, частота якої утворює максимум інтенсивності на екрані: (2), де   кут відхилення променя від нормального напрямку; k  порядок максимуму на екрані.

Враховуючи, що кути відхилення невеликі, можна без особливих похибок замінити синус кута на його тангенс, тоді:

(3). З рис. 9.1 видно, що: (4), де   відстань від решітки до екрану. Отже, формула (3) прийме вигляд: (5). Прилад для вимірювання довжини світлової хвилі складається з бруска з міліметровою шкалою, на якому закріплена рамка для дифракційної ґратки і рухомий повзунок екрану з міліметровою шкалою і щілиною.

6. Виконання роботи

1. Проведення досліду

1. Встановити прилад так, щоб лампа, щілина екрана та дифракційна ґратка були розташовані на одній прямій, тобто так, щоб можна було побачити лампу, дивлячись крізь дифракційну ґратку і щілину (див. рисунок 9.1).

2. Повзунок екрана встановити поблизу від краю бруска з лінійкою на відстані ₁ від ґратки.

3. Домогтися чіткого зображення спектрів першого порядку (k = 1).

4. Відрахувати на шкалі екрана відстань від центрального максимуму (біла смуга) до середини фіолетової смужки спектра першого порядку в лівий х_{л фіол} і правий х_{п фіол} боки.

5. Такі ж самі виміри зробити для зеленої та червоної смуг спектрів першого порядку.

6. Наблизити екран до ґратки на відстань ₂.

7. Провести вимірювання за пунктами 5.1.3 – 5.1.5 для відстані ₂.

8. Всі отримані дані занести до таблиці 1.