Описание установки и методика измерений

Приборы и принадлежности: источник света, дифракционная решетка, экран с миллиметровым масштабом.

Простейшая дифракционная решетка представляет собой стеклянную пластинку, на которой с помощью делительной машины нанесен ряд параллельных штрихов. Места, прочерченные делительной машинкой, рассеивают свет во все стороны, так что в направлении наблюдения падает лишь ничтожная его часть. Они являются практически непрозрачными промежутками между неповрежденными частями пластинки, которые играют роль щелей.

1. Определение постоянной дифракционной решетки по известной длине волны

Из условия максимума для дифракционной решетки (75) видно, что, определив углы φ отклонения лучей известной длины волны λ, по направлению которых наблюдаются максимумы различных порядков (k = 1, 2, и т.д.), можно вычислить постоянную решетки.

Для определения угла φ на экране получают дифракционную картину. Для этого на пути узкого пучка белого света от осветителя ставят дифракционную решетку. Замерив расстояние  от решетки до экрана и расстояние 2S между максимумами одного и того же порядка (например, между максимумами первого порядка или между максимумами второго порядка), определяют синус угла φ. Так как  >> 2 S, то sin φ » tg φ, следовательно, tg φ = Ѕ / . Определив S и , вычисляют постоянную решетки по формуле

В качестве лучей с известной длиной волны можно использовать либо красные (длина волны λ_к=0,76 мкм), либо фиолетовые лучи (длина волны λ_ф=0,40 мкм).

Определяют среднее значение d _ср , погрешность каждого измерения D d, среднюю абсолютную погрешность D d _ср , относитель­ную погрешность e  .

Все результаты измерении и вычислений записывают втабл. 1

2. Определение длины волны натриевого пламени

Вторая часть работы состоит в определении длины волны нат­риевого пламени. Для его получения применяют газовые горелки или спиртовки с фитильками, смоченными раствором NaCl. Цвет пла­мени такой горелки ярко-желтый, а излучаемый им свет является почти монохроматическим. При рассмотрении такого пламени через дифракционную решетку видно несколько его изображений, положе­ние которых определяет положение максимумов, даваемых дифракци­онной решеткой. Для определения нулевого максимума можно приме­нить следующий прием: покачивая решетку вокруг оси, проходящей от решетки к пламени, находят неподвижное изображение пламени. Это и будет нулевой максимум. Все остальные изображения при покачиваниях решетки будут смещаться.

Для вычисления длины волны lнатриевого пламени также используется условие максимума для дифракционной решетки (75).

Угол φ определяется по расстоянию L (около 6 м или 3 м) между решеткой и горелкой и расстоянию между максимумами В_к . Для определения расстояния между максимумами используется вторая такая же горелка. Если вторую горелку расположить так, чтобы ее нулевой максимум совпал с первым максимумом первой горелки, то расстояние между горелками будет равно расстоянию В₁ между нулевым и первым максимумами дифракционной решетки. Также опре­деляют расстояние В₂ между вторым и нулевым максимумами.

Вычисляют tg j = В / L и по расчетной формуле определяют длину волны λ натриевого пламени

Вычисляют среднее значение λ_ср , погрешности отдельных измерений ∆λ, определяют среднюю абсолютную погрешность ∆λ_ср. относительную погрешность e _λ. Результаты замеров и вычислений записывают в табл.2.

1. Определение постоянной дифракционной решетки по известной

длине волны

                                                     Таблица 1

№	, см	Sk , см	d , мкм	D d , мкм
1.
2.
3.
4.

λ= 0,76 мкм для крайних красных лучей (или λ= 0,40 мкм для крайних фиолетовых лучей). 

Окончательный результат:

d_ср ± ∆d_ср =                                                                      e _λ =

2. Определение длины волны λ натриевого пламени

                                                                                                  Таблица 2

 Окончательный результат:

        λ_ср + ∆λ_ср =                                              

Контрольные вопросы

1. Что называется волновой поверхностью, фронтом волны?

2. Сформулируйте принцип Гюйгенса.

3. Что называется явлением дифракции?

4. В чем состоит метод зон Френеля?

5. Примените метод зон Френеля к рассмотрению дифракции от одной щели.

6. Что называется дифракционной решеткой?

7. Рассмотрите дифракционную картину, даваемую дифракционной решеткой. Сформулируйте условие максимума для дифракционной решетки, условие дополнительных минимумов.

8. Почему в дифракционных максимумах происходит разложение белого света в спектр? Чем отличаются дифракционные спектры от призматических?

9. Расскажите о методе измерения постоянной дифракционной решетки по известной длине волны.

10.  Расскажите, в чем состоит метод измерения длины волны света с помощью дифракционной решетки.