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

72852. Понятия ареала, заказника, заповедника, национального парка, ботанического сада. Правовой режим особо охраняемых природных территорий (ООПТ). Правовой режим экологически неблагополучных территорий (зоны чрезвычайной экологической ситуации и зоны экологиче 65.5 KB
  Заповедник - особо охраняемая территория или акватория полностью или частично исключённая из хозяйственного использования в целях сохранения природных комплексов охраны видов животных и растений а также наблюдения за природными процессами;...
72853. Ресурсы окружающей среды. Классификация ресурсов. Законодательство об охране земельных ресурсов, флоры и фауны 66 KB
  Природные ресурсы (естественные ресурсы) - элементы природы, часть всей совокупности природных условий и важнейшие составляющие природной среды, которые употребляются (или могут быть использованы) при данном уровне развития производительных сил для ублажения разнообразных...
72854. Государственные органы охраны окружающей среды 60.5 KB
  Государственные органы охраны окружающей среды Государственные органы управления контроля и надзора в области охраны окружающей среды подразделяются на две категории: органы общей и специальной компетенции.
72856. Понятия «природопользование» и «охрана природы». Принципы рационального природопользования и охраны природы. Виды природопользования 61.5 KB
  Природопользованием можно считать особый вид человеческой деятельности, прямо или косвенно связанный с преобразованием природной среды в различных ее проявлениях. При этом выделяют следующие виды природопользования: основной (сельское, лесное, водное хозяйство, гидроэнергетика и т.д.)...
72859. Экология человека. Потребности человека и их биологические причины. Причины и последствия роста численности человечества. Экология и здоровье человека: факторы риска. Доминирующие факторы риска в современном обществе 61 KB
  Экология человека — наука о взаимоотношении человека со средой обитания в различных аспектах (экономическом, техническом, физико-техническом, социально-психологическом) и призвана определить оптимальные условия существования человека, включая допустимые пределы его воздействия на окружающую среду.