Лабораторна робота №13 (2 год)

 

ТЕМА: Визначення довжини світлової хвилі за допомогою дифракційної решітки

НАВЧАЛЬНА МЕТА: Визначити довжину світлової хвилі, знаючи сталу дифракційної решітки і кут відхилення променя світла від прямолінійного напряму поширення.

ОБЛАДНАННЯ ТА ОСНАЩЕННЯ: Дифракційна решітка з вимірювальною установкою, зображеною на мал. І., джерело світла (лампочка розжарювання або свічка).

 

ОСНОВНІ ТЕОРЕТИЧНІ ПЛОЖЕННЯ

 

У роботі на визначення довжини світлової хвилі використовують дифракційну решітку з періодом 1/100 мм або 1/50 мм (періоди вказано на решітці). Решітка - це основна частина вимірювальної установки, зображеної на мал. 1. Решітка 1 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 є шкала з міліметровими поділками. Вся установка закріплена на штативі 6.

Рисунок 1. Рисунок 2.

Якщо дивитися крізь решітку і 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, φ - кут, під яким спостерігається максимум світла відповідного кольору.

Оскільки кути, під якими спостерігаються максимум 1-го і 2-го порядків, не перевищують 5°, то замість синусів кутів можна брати їхні тангенси. З малюнка 2 видно, що

Відстань а від решітки до екрана визначають за допомогою лінійки, а відстань b від щілини до вибраної лінії спектра - за шкалою екрана., Отже, довжина хвилі становитиме

Примітка. Якщо кути під якими спостерігаються спектри більше 5°, тоді

і довжина хвилі буде визначатися за формулою

У цій роботі похибку визначення довжини хвилі не оцінюють, оскільки немає повної чіткості у виборі середини частини спектра даного кольору.

 

ХІД РОБОТИ

 

1 Складіть вимірювальну установку, встановивши екран на відстані 50 см від решітки. Добийтеся, дивлячись через дифракційну решітку і щілину в екрані на джерело світла, щоб дифракційні спектри розмістилися паралельно шкалі екрану. Для цього відкоригуйте розміщення решітки у тримачі.

2 Проведіть необхідні дослідження розміщення на екрані червоного світла в дифракційному спектрі 1-го порядку. Результати вимірювань та обчислень внесіть до таблиці:

3 Зробіть те саме для решти кольорів світла дифракційного спектра 1-го порядку.

4 Порівняйте одержані результати з поданими в довіднику або підручнику довжинами хвиль відповідних кольорів.

5 За результатами досліджень зробіть висновок.

 

 

ЗМІСТ ЗВІТУ

1 Мета роботи

2 Обладнання

3 Таблиці з дослідженнями та розрахунками

4 Розрахунки

5 Висновки

 

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ ДО ЗАХИСТУ:

1 Яка будова дифракційної решітки? Що називається її періодом?

2 Як утворюється дифракційний спектр? Чим він відрізняється від дисперсійного?

3 Які промені дифракційного спектра відхиляються від початкового напряму поширення на більший кут? Чому?

4 Як впливає зміна періоду дифракційної решітки на кут відхилення світлових променів?