12292

ИЗМЕРЕНИЕ ДЛИНЫ СВЕТОВОЙ ВОЛНЫ С ПОМОЩЬЮ ПРОЗРАЧНОЙ ДИФРАКЦИОННОЙ РЕШЁТКИ

Лабораторная работа

Физика

При прохождении света через любую из щелей происходит дифракция (в результате которой волны распространяются от щели по всем направлениях). Идущие от всех щелей волны собираются линзой О на экране Э и интерферируют (складываются).

Русский

2015-01-27

209 KB

14 чел.

ЛАБОРАТОРНАЯ  РАБОТА  № 4

ИЗМЕРЕНИЕ ДЛИНЫ СВЕТОВОЙ ВОЛНЫ С ПОМОЩЬЮ ПРОЗРАЧНОЙ ДИФРАКЦИОННОЙ РЕШЁТКИ

Введение. Дифракционная решётка - это прозрачная пластина с нанесёнными на нее непрозрачными штрихами равной ширины "b" (рис. 1). Между непрозрачными штрихами имеются одинаковые прозрачные щели ширины "a".

Величина d = a + b называется постоянной (периодом) дифракционной решётки.

При прохождении света через любую из щелей происходит
дифракция (в результате которой волны распространяются от щели по всем направлениях). Идущие от всех щелей волны собираются линзой
О на экране Э и интерферируют (складываются). В конкретную точку экрана попадают волны, идущие только под определенным углом  по отношению к дифракционной решетке.

Таким образом, дифракционная решетка осуществляет наложение двух процессов: дифракции на каждой отдельной щели и интерференции излучения от всех щелей.

Значительное усиление волн будет происходить только под теми углами , для которых световые волны, идущие от всех щелей усиливают друг друга. Это взаимное усиление будет осуществится, если L - оптическая разность хода лучей от соседних щелей кратна длине световой волны. Из рис.1 ясно, что

                                                                      (1)

Таким образом взаимное усиление волн будет происходить только под некоторыми углами , подчиняющимися соотношению, называемому основной формулой дифракционной решетки:

,                                                    (2)

где - длина волны.

Целое число "k" называют порядком дифракции. При = 0 (нулевой порядок дифракции) все длины волн, после прохождения через дифракционную решетку, распространяются под одним и тем же углом  = 0 и собираются в центре экрана. Если цвет излучения, падающего на решетку, белый, то и цвет яркой полоски в центре экрана также будет белый.

Если k = +1 (первый правый порядок дифракции), то для каждой длины волны найдется свой угол максимального усиления, т.е. на экране будут видны отдельные яркие цветные полоски, каждая из которых соответствует определенной длине волны.

Таким образом, дифракционная решетка осуществляет разложение световой волны по длинам волн (осуществляет спектральное разложение). Аналогичная ситуация будет наблюдаться при k =  1 (первый левый порядок дифракции). Цветные полоски (спектральные линии) в этом случае лежат слева от нулевого порядка.

Спектральные линии будут наблюдаться также во втором правом и втором левом порядках (k = + 2 и k =  2) и т.д.

Свойство дифракционной решетки - давать максимумы для разных длин волн под разными углами - используется для измерения длин волн оптического излучения.

На рис. 2 приведён дифракционный спектр излучения ртутной лампы, содержащий четыре интенсивных спектральных линии в видимом диапазоне (третий порядок дифракции смещён вверх для того, чтобы было видно всегда наблюдающееся "переложение" спектральных линий со вторым порядком дифракции).

В работе требуется определить длину волны для всех видимых спектральных линий излучения ртути.

Описание установки.

Источником оптического излучения с линейчатым спектром служит ртутная лампа 1 (рис.3). Коллиматор 2 (собирающая линза, установленная на расстоянии, равном фокусному, от входной щели S) формирует  параллельный пучок света, который падает на дифракционную решетку 3.

Дифракционная решетка установлена на столике гониометра 4, так что её штрихи расположены вертикально, а плоскость перпендикулярна оси коллиматора. Продифрагировавшее не решетке излучение попадает в зрительную трубу 5, имеющую визир в фокальной плоскости объектива. Наблюдая в окуляр 6 спектральную линию, совмещают её с визиром, поворачивая для этого подвижную часть столика вместе с укрепленной на ней зрительной трубой. Измерение углов дифракции производится по лимбу 7 гониометра.

Порядок выполнения работы.

1. Включить лампу и убедиться, что входная щель ярко освещена. При этом в окуляр должна наблюдаться симметричная картина спектральных линий, и в середине - изображение щели нулевого порядка светло-голубого цвета (рис. 2).

2. Сфокусировать окуляр так, чтобы изображения спектральных линий и визира были чёткими. Для повышения точности измерений установить ширину входной щели такой, чтобы линии были узкими, но при этом достаточно интенсивными.

3. Повернув подвижную часть столика со зрительной трубой, совместить визир с заданной спектральной линией в первом порядке справа и определить значение угла по круговой шкале гониометра с помощью нониуса. Затем проделать то же самое, настроив зрительную трубу на ту же линию в первом порядке слева. Записать результаты измерений в таблицу 1.

Таблица 1

Зелёная линия

Порядок спектра

Измерение

Отсчет угла

2



sin

k

k

k = 1

1

2

3

Среднее

4. Провести аналогичные измерения для спектров второго и третьего порядков.

Аналогичные таблицы составить для зеленой, желтой и красной спектральных линий излучения ртути.

5. Определить удвоенный угол дифракции как разность двух измерений: 2 = k - -k. Найти среднее значение угла 2  для каждого порядка дифракции.

6. Определив среднее значение угла дифракции , для каждой спектральной линии в отдельности рассчитать sin и по формуле (2). Постоянная дифракционной решётки d указана на установке.

7. Вычислить погрешность измерения (как косвенного измерения).

8. Привести окончательное значение длин волн излучения ртути в нанометрах или ангстремах (1Å = 10-10 м) с указанием их цвета

161616161616


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

84570. Крива дисоціації оксигемоглобіну, фактори, що впливають на її хід 49.75 KB
  Це означає що зниження тиску кисню в альвеолах до 60 мм.ст мало вплине на транспорт кисню кровю хоча напруження кисню в плазмі буде знижуватися пропорційно зниженню тиску О2 в альвеолах. супроводжується значним зниженням HbO2 в крові він активно дисоціює з утворенням гемоглобіну та вільного кисню. І що активніше функціонує тканина тим нижчий в ній рівень О2 посилена дисоціація HbO2 з вивільненням молекулярного кисню котрий утилізується тканинами.
84571. Транспорт вуглекислого газу кров’ю. Роль еритроцитів в транспорті вуглекислого газу 43.36 KB
  Вуглекислий газ транспортується наступними шляхами: Розчинений у плазмі крові близько 25 мл л. У вигляді солей вугільної кислоти букарбонати каліі та натрію плазми крові 510 мл л. Але бікарбонатні йони утворюються в значній концентрації і тому за градієнтом концентрації в обмін на йони хлору надходять у плазму крові. Дифузія газів в тканинах підкоряється загальним законам обєм дифузії прямопропорційний площі дифузії градієнту напруження газів в крові та тканинах.
84572. Фізіологічна роль дихальних шляхів, регуляція їх просвіту 42.27 KB
  В дихальних шляхах повітря: зігрівається; зволожується тому повітря в легенях насичене водяними парами на 100 незалежно від вологості атмосферного повітря; очищується завдяки наявності війчастого епітелію та бокалоподібних клітин які секретують слиз рух війок забезпечує проходження слизу і осівших на поверхні дихальних шляхів чужорідних частинок мікроорганізмів в напрямку гортані та глотки де вони проковтуються або відхаркуються частина осівших на поверхні дихальних шляхів мікроорганізмів і частинок знешкоджуються макрофагами....
84573. Дихальний центр, його будова, регуляція ритмічності дихання 44.62 KB
  Особливістю дорсального ядра є наявність в ньому тільки інспіраторних нейронів які збуджуються безпосередньо перед вдихом та під час вдиху інспіраторні нейрони або нейрони вдиху. Збудження інспіраторних нейронів дорсального ядра забезпечує скорочення мязів спокійного вдиху вдих гальмування інспіраторних нейронів дорсального ядра розслаблення мязів пасивний видих. Еферентні звязки нейронів дорсального ядра інспіраторних здійснюються таким чином: від цих нейронів по ретикулоспінальних шляхах інформація передається до мотонейронів...
84574. Механізм першого вдиху новонародженої дитини 38.86 KB
  Після перерізки пуповини в крові дитини накопичується вуглекислота знижується рН крові та знижується парціальний тиск кисню стимуляція центральних та периферичних хеморецепторів збудження дихального центру збудження інспіраторних нейронів скорочення мязів вдиху. Після народження дитини треба зняти рефлекс пірнальника котрий блокує настання вдиху через наявність рідини в дихальних шляхах.
84575. Роль рецепторів розтягнення легень та блукаючих нервів в регуляції дихання 44.12 KB
  Вони приймають участь в саморегуляції ритму дихання. Цим і визначається роль блукаючих нервів в забезпеченні ритму дихання. Варто відзначити що до рецепторів які знаходяться в легенях та в дихальних шляхах і які беруть участь в регуляції дихання відносяться: ірритантні рецептори легень які реагують на дію їдких газів пилу тютюнового диму холодного повітря і при збудженні зумовлюють звуження бронхів і гіпервентиляцію; юкстакапілярні рецептори що розміщуються поблизу капілярів легень і реагують на зміну механічних властивостей...
84576. Роль центральних і периферичних хеморецепторів в регуляції дихання. Компоненти крові, що стимулюють зовнішнє дихання 44.53 KB
  Компоненти крові що стимулюють зовнішнє дихання. Адекватні подразники для них: збільшення Рсо2 артеріальної крові; зменшення рН артеріальної крові; зменшення Ро2 артеріальної крові. Інформація що надходить до дихального центру при підвищенні активності цих рецепторів викликає гіпервентиляцію підвищення глибини та частоти дихання нормалізація вказаних показників крові. Тобто за їх участю здійснюється регуляція газового складу артеріальної крові за відхиленням саморегуляція на основі негативного зворотнього звязку.
84577. Регуляція зовнішнього дихання при фізичному навантаженні 42.93 KB
  При фізичному навантаженні розвивається гіпервентиляція ступінь якої пропорційна інтенсивності навантаження. Головним механізмом розвитку гіпервентиляції при фізичному навантаженні є безумовні рефлекси з пропріорецепторів працюючих мязів керуючий пристрій КП яким є дихальний центр отримує по каналу зовнішнього звязку інформацію від пропріорецепторів працюючих мязів про роботу що виконується; КП аналізує цю інформацію і викликає підвищення глибини та частоти дихання для того щоб при збільшених метаболічних потребах тканин склад...
84578. Методи визначення енерговитрат людини. Дихальний коефіцієнт. Джерела і шляхи використання енергії в організмі людини 49.84 KB
  Джерела і шляхи використання енергії в організмі людини. Тобто 1й закон термодинаміки представляє собою закон збереження енергії. Ентропія міра невпорядкованості системи міра деструкції та розсіяності енергії. Тобто 2й закон обмежує можливі самовільні перетворення енергії в системі.