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

13 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

2530. Измерение параметров периодический электрических сигналов 128.5 KB
  Изучить устройство и принцип действия электронного осциллографа. Научиться измерять с помощью осциллографа параметры периодических электрических сигналов – амплитуду, длительность и период.
2531. Методика измерения сопротивления, емкости и индуктивности с помощью универсального моста 113.5 KB
  Изучить теорию и сущность мостового метода измерения электрических величин. Овладеть методикой измерения сопротивления, ёмкости и индуктивности при помощи универсального моста. Мост измерения индуктивности путём сравнения индуктивности с ёмкостью.
2532. Определение времени жизни мюонов 113 KB
  Цель работы: изучить законы радиоактивного распада и оценить время жизни покоящихся мюонов. Мюоны (μ-мезоны) – нестабильные частицы с единичным положительным или отрицательным зарядом и массой, которая почти в 207 раз больше массы электрона.
2533. Изучение процессов зарядки и разрядки конденсатора 125.98 KB
  Изучить теорию зарядки и разрядки конденсатора, экспериментально получить зависимость напряжения на конденсаторе от времени при его зарядке и разрядке.
2534. Изучение магнитных свойств материалов и экспериментальное исследование ферромагнетиков 112.5 KB
  Опыт показывает, что намагничивание ферромагнетиков обусловлено ориентацией собственных (спиновых) магнитных моментов, электронов. Основной особенностью ферромагнетиков является существование в них спонтанно (самопроизвольно) намагниченных до насыщения небольших, но макроскопических объемов.
2535. Измерение магнитного момента полосового постоянного магнита при использовании компаса, линейки и секундомера 119.27 KB
  Подвесим полосовой постоянный магнит на очень тонкой нити в некотором магнитном поле. Поле создается каким – либо устройством или Землей, (в лабораторной установке используется магнитное поле Земли с индукцией B0).
2536. Изучение электрического тока в электровакуумном триоде 111.06 KB
  Изучить теорию электровакуумного триода, снять экспериментально анодно-сеточную и анодную характеристики электровакуумного триода, рассчитать параметры триода.
2537. Движение заряженных частиц в в электрическом и магнитном поле 97 KB
  Определение удельного заряда методом магнетрона. Движение заряженных частиц в магнитном поле.
2538. Измерение магнитного момента полосового постоянного магнита при использовании тангенс-буссоли и линейки 99.15 KB
  Тангенс-буссоль представляет собой устройствo, состоящее из N витков проволоки, намотанной на узкое кольцо из немагнитного материала. Концы проволоки присоединены к клеммам регулируемого источника тока I, величина которого измеряется миллиамперметром.