Порядок выполнения работы. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 16

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 16.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ СВЕТОВОЙ ВОЛНЫ ПРИ ПОМОЩИ ДИФРАКЦИОННОЙ РЕШЕТКИ.

ЦЕЛЬ: определить длины волн для красного и фиолетового цветов.

ТЕОРИЯ.Дифракционная решетка представляет собой совокупность большого числа очень узких параллельных щелей, разделенных непрозрачными промежутками. Общая ширина щели и непрозрачного промежутка называется

 

периодом решетки. Например, если на дифракционной решетке имеется 100 штрихов на 1 мм, то период или «постоянная» дифракционной решетки d = 0,01 мм.

На рисунке 1 представлена схема хода лучей через решетку. Лучи, проходящие через решетку перпендикулярно ее плоскости, попадают в зрачок наблюдателя и образуют на сетчатке глаза обычное изображение источника света. Лучи, огибающие края щелей решетки, имеют некоторую разность хода, зависящую от угла α. Если эта разность равна длине волны λ или λ k, где k — целое число, то каждая такая пара лучей образует на сетчатке изображение источника, цвет которого определяется соответствующей длиной волны λ.

 

 

Рисунок 1.

Смотря сквозь решетку на источник света, наблюдатель, кроме этого источника, видит расположенные симметрично по обе стороны от него дифракционные спектры. Ближайшая пара спектров (1-го порядка) соответствует разности хода лучей, равной л для соответствующего цвета. Более удаленная пара спектров (2-го порядка) соответствует разности хода лучей, равной 2 λ, и т. д.

Как видно из рисунка 1,

 

 

где d - известный период решетки, а k — порядок спектра.

Значит, чтобы определить длину волны, соответствующей линии определенного цвета, достаточно найти

 

 

Поскольку углы, под которыми наблюдают границы спектров для решетки с d = 0,01 мм, не превышают 4°, вместо синусов можно использовать значения тангенсов, т, е.

 

Для определения указанного выше отношения служит прибор, изображенный на рисунке 2. Это линейка, разделенная на миллиметры. На одном ее конце находится черный экран, который можно перемещать вдоль линейки. Посередине экрана имеется прорезь. На другом конце линейки закреплена дифракционная решетка.

 

Рисунок 2.

 

Смотря сквозь решетку и прорезь на источник света, наблюдатель увидит на черном фоне экрана по обе стороны от прорези дифракционные спектры 1-го, 2-го и т. д. порядков. Расстояние а отсчитывают по линейке от решетки до экрана, расстояние b — от прорези до линии спектра определяемой длины волны.

Выполнение работы

Оборудование: 1) прибор для определения длины световой волны на подставке; 2) дифракционная решетка с периодом 0,02 или 0,01 мм; 3) источник света.

 

Порядок выполнения работы.

1. Подготовьте в тетради таблицу для записи результатов измерений и вычислений.

Таблица

Порядок спектра k	«Постоянная» решетки d мм	Расстояние от решетки до шкалы a мм	Границы спектра   b	Длина световой волны, λ мм
К мм	Ф мм	λк мм	λф мм
1-го
2-го

2. Поместите дифракционную решетку в рамку прибора и укрепите его в подставке подъемного столика.

3. Смотря сквозь дифракционную решетку, направьте прибор на источник света так, чтобы последний был виден сквозь узкую прицельную щель щитка. При этом по обе стороны щитка на черном фоне заметны дифракционные спектры нескольких порядков. В случае наклонного положения спектров поверните решетку на некоторый угол до устранения перекоса.

4. По шкале щитка, рассматриваемой через решетку, определите красную и фиолетовую границы спектров 1-го и 2-го порядков.

5. По делениям, нанесенным на бруске, определите расстояние от дифракционной решетки до шкалы.

6. Результаты измерений занесите в таблицу.

7. Установите ползунок с экраном на другом расстоянии от решетки и повторите измерения.

8. Определите длину световой волны для красных и фиолетовых лучей.

9. Определите среднее значение длины волны для красной и фиолетовой границ спектра.

Контрольные вопросы

1. Что называется периодом решетки?

2. Как образуется дифракционный спектр, и чем он отличается от

дисперсионного?

3. Какова последовательность в расположении красной и фиолетовой частей дифракционного спектра относительно середины?

4. Как влияет период дифракционной решетки на расстояние между участками дифракционных спектров?