ВИМІРЮВАННЯ ДОВЖИНИ СВІТОВОЇ ХВИЛІ ЗА ДОПОМОГОЮ ДИФРАКЦІЙНОЇ РЕШІТКИ
1 
МЕТА
Визначити довжину світлової хвилі.
ЗАВДАННЯ
2.1 Роздивитись спектр білого світла, отриманий за допомогою решітки.
2.2 Провести необхідні виміри і занести до таблиці.
2.3 Розрахувати довжину червоної, фіолетової та жовтої хвилі.
ОБЛАДНАННЯ
3.1 Прилад для вимірювання довжини світлової хіилі з набором дифракційних решіток
3.2 Дифракційна решітка.
ВКАЗІВКИ НА ТЕОРЕТИЧНИЙ МАТЕРІАЛ
4.1 Інтерференція, дифракція світла [Л1;§32.1]
4.2 Дифракційна решітка. [Л1; § 32.6]
ТЕОРЕТИЧНІ ПОЛОЖЕННЯ
Дифракція – це огинання хвилею перешкод, розміри яких співвимірні з довжиною хвилі.
Якщо перешкода велика, то за нею хвилі немає. Якщо розмір перешкоди малий, то хвилі заходять за її краї, а дуже малу перешкоду огинають так, що за нею фронт хвилі не змінюється.
Явище дифракції світлових хвиль можна спостерігати дуже близько від перешкоди, якщо розміри перешкоди співвимірні з довжиною хвилі, і на значній відстані від перешкоди, якщо перешкода велика порівняно з довжиною хвилі.
Так як довжини світлових хвиль дуже малі, то будь-які реальні розміри предмета будуть для них великими перешкодами. Тому спостерігати явище дифракції світла можна лише на значній відстані від перешкоди.
Для спостереження можна взяти або дуже маленький диск або дуже вузьку щілину.
Якщо джерело розмістити перед цими предметами, то на екрані буде спостерігатись дифракція. Вигляд буде такий: по центру екрану буде спостерігатися світлий кружечок оточений темними і світлими кільцями, які чергуються.
|
|
|
Дифракція на щілині виглядає так. По центрі буде світла смуга, а по обидва боки від неї розміщуються темні і світлі смуги, чергуючись. Якщо диск або щілину освітлювати білим світлом, то картина матиме райдужне забарвлення.
Явище відхилення світла від прямолінійного поширення називається дифракцією світла. Оскільки довжина світлової хвилі є дуже малою, то і розміри перешкод чи щілини мають бути малими. Наприклад, під час проходження монохроматичного світла через круглий отвір, розмір якого сумірний з довжиною падаючих світлових хвиль, на екрані навколо центральної світлової плями спостерігаються темні і світлі кільця, що чергуються .
Особливо чітку дифракційну картину утворюють дифракційні решітки. Дифракційна решітка – оптичний прилад, це складається із сукупності дуже вузьких щілин, розділених непрозорими проміжками.
Інтерференційний максимум спостерігається під кутом 
, що визначається ФРМУЛОЮ ДИФРАКЦІЙНОЇ РЕШІТКИ:
,
де 
— порядок максимуму.
Промисловість виготовляє дифракційні грати, які містять 50 штрихів/мм, 100 штрихів/мм, 600 штрихів/мм, 1200 штрихів/мм і дзеркальні грати з 6000 штрихів/мм.
|
|
|
Грати використовують в приладах для спектрального аналізу.
Дифракційна решітка
Якщо a - ширина прозорої частини, а b - непрозорої, то:
де 
- ширина решітки; 
- кількість щілин.
Ширина щілини і штриха позначається 
- період дифракційної решітки або стала решітки
Спрямуємо на грати паралельний пучок променів. Кожна точка щілини буде відхиляти промені у всіх напрямах, зокрема, і під кутом від початкового напряму. Якщо ці промені зібрати на екрані, наприклад, за допомогою збиральної лінзи, то можна отримати підсилення чи послаблення світла - дифракційний максимум чи мінімум освітленості.
Дифракционная решетка - спектральний прилад. Спектри, що отримано за допомогою дифракційної решітки:
Для білого світла Для монохроматичного червоного світла
Для фіолетовогосвітла
У роботі на визначення довжини світлової хвилі використовують дифракційну решітку з періодом 1/100 мм (період вказано на решітці). Решітка — це основна частина вимірювальної установки, показаної на малюнку 194. Решітка l встановлена в тримачі 2, що прикріплений до кінця лінійки 3. На лінійці розміщується чорний екран 4 з вузькою вертикальною щілиною 5 посередині. Екран можна переміщувати вздовж лінійки, щоб змінювати його відстань до дифракційної решітки. На екрані і лінійці шкали з міліметровими поділками. Вся установка закріплена на штативі 6.
|
|
|
Якщо дивитися через решітку i щілину на джерело світла (лампочку розжарювання чи свічку), то на чорному фоні екрана , можна спостерігати по обидва боки від щілини дифракційні спектри 1-го, 2-го і т. д. порядків.
Довжина хвилі 
визначається за формулою: 
де d — період решітки, k — порядок спектра, — кут, під яким спостерігається максимум світла відповідного кольору.
Оскільки кути, під якими спостерігаються максимуми 1-го і 2-го порядків, не перевищують 5°, то замість синусів кутів можна брати їх тангенси. З малюнка 195 видно, що
Відстань а від решітки до екрана визначають за допомогою лінійки, а відстань b від щілини до вибраної лінії спектра — за шкалою екрана. Довжина хвилі
ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ
6.1 Розташувати лампу, щілину і дифракційну решітку так, щоб вони знаходились на одній прямій. Відстань від лампи до приладу дорівнює 3-5 м.
6.2 Вставити дифракційну решітку у рамку на довгій лінійці приладу .Екран із шкалою встановити на кінці лінійки.
|
|
|
6.3 Дивлячись на лампу через решітку розташувати прилад так, щоб через щілину екрану було видно нитку лампи.
6.4 Відрахувати на шкалі зміщення від щілини до середини червоної частини спектру Акр.
6.5 Відрахувати на шкалі зміщення від щілини до середини фіолетової частини спектру Аф.
6.6 Повторити п.5 для жовтого спектру.
6.7 Виміряти відстань l від решітки до екрану.
6.8 Із формули 
(вважаючи 
; к=1) отримаємо значення довжини хвиль:
; 
; 
6.9 Повторити дослід і виміри для інших відстаней між екраном і решіткою.
6.10 Результати занести у таблицю.
6.11 Період решітки знайти, знаючи, що на одному міліметрі довжини решітки розташовано 100 штрихів.
| №№ | d, м Період решітки | L, м Відстань до решітки | Червона частина спектру | Жовта частина спектру | Фіолетова частина спектру | |||
| Аlкр, м | lкр,нм | Аж, м | lж, нм | Аф, м | lф, нм | |||
Рисунок 1 Рисунок2
КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ
Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 7277; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!