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?
