9611

Визначення постійної дифракційної решітки

Лабораторная работа

Физика

Визначення постійної дифракційної решітки. Мета: Визначити умови спостерігання дифракційних максимумів визначити довжину падаючого світлавизначити період дифракційної решітки. Обладнання: Лінійка на підставці, лазер, набір дифракційних решіток, шт...

Украинкский

2013-03-14

76 KB

12 чел.

Визначення постійної дифракційної решітки.

Мета: Визначити умови спостерігання дифракційних максимумів; визначити довжину падаючого світла;визначити період дифракційної решітки.

Обладнання: Лінійка на підставці, лазер, набір дифракційних решіток ,штатив.

Теоретичний матеріал.

Чіткість світлових смуг і дифракційних спектрів істотно поліпшується, якщо перейти від однієї щілини до системи близьких паралельних щілин. При цьому замість дифракційних світлих і темних смуг, які утворюються від кожної щілини зокрема, спостерігатимуться істотніші результати інтерференції всіх світлових хвиль, що виходять з системи щілин. Завдяки інтерференції сумарна енергія світла, що проходить крізь систему щілин, перерозподіляється і концентрується в напрямах, що задовольняють умову інтерференційних максимумів. Так утворюються головні дифракційні максимуми від системи щілин.

Систему близьких паралельних щілин називають дифракційною решіткою. Найчастіше для її виготовлення беруть відполіровану скляну пластинку і на її поверхні наносять за допомогою ділильної машини ряд паралельних рівновіддалених штрихів. Так, на 1 мм наносять від 100 до 1700 штрихів (в решітках Роуланда). Штрихи на склі дуже розсіюють світло і виконують роль непрозорих проміжків, між ними залишаються прозорі смужки скла, що відіграють роль щілин.

Нехай нормально до дифракційної решітки падає паралельний пучок світлових променів монохроматичного світла (рис. 24). Як відомо, від кожної щілини світло дифрагує. Крім того, завдяки збиральній лінзі L, паралельні пучки світла від усіх щілин і в різних напрямах збиратимуться лінзою в фокальній площині і інтерферуватимуть, утворюючи головні дифракційні максимуми і мінімуми. Знайдемо положення їх.

Неважко помітити, що всі світлові промені, які виходять у напрямі нормалі до решітки, збиратимуться в центрі О фокальної площини лінзи і утворюватимуть центральний, або нульовий, дифракційний максимум.

Розглянемо промені, що утворюють кут φ з нормаллю до решітки. Різниця ходів хвиль, що відповідають променям 1 і 2 від двох сусідніх щілин,

(1)

де а — ширина щілин; b — ширина непрозорого проміжку між щілинами; величину (а + b) = d називають періодом, або сталою дифракційної решітки. Така сама різниця ходів зберігатиметься для будь-яких двох відповідних хвиль від двох сусідніх щілин дифракційної решітки. Оскільки всі хвилі, що йдуть від системи щілин у напрямі ер, мають однакову амплітуду і сталу різницю ходу ∆/ = (а + b) sin φ, то, збираючись у фокальній площині лінзи, вони будуть інтерферувати. Внаслідок інтерференції матимемо ряд головних дифракційних максимумів; вони виникатимуть при різниці ходів

(2)

або при значеннях кутів φ, що задовольняють умову(3)

де к = 0, 1, 2, 3, ...

Між головними максимумами у фокальній площині лінзи також розміщуватимуться дифракційні максимуми від кожної щілини окремо, які визначають з умови (див. § 9)

(4)

де а — ширина щілини, але їхня інтенсивність значно менша за інтенсивність головних максимумів (рис. 25).

З умови (3) випливає, що дифракційні максимуми для хвиль різної довжини не збігатимуться; максимуми для хвиль меншої довжини (фіолетового і синього світла) утворюватимуться під меншими кутами до нормалі решітки, а максимуми для довших хвиль (жовтого, оранжевого, червоного світла) — під більшими кутами. Якщо решітку освітлювати білим світлом, то кожному значенню к відповідатиме дифракційний спектр світла, точніше: при к = 0 на екрані виникає нульовий дифракційний максимум білого світла; при к = 1 з обох боків від нього симетрично утворюються два дифракційні спектри першого порядку; при к = 2 утворюються дифракційні спектри другого порядку і т. д. Дифракційна решітка виконує роль спектрального приладу.

Основними характеристиками дифракційної решітки є її роздільна здатність і дисперсія.

Роздільну здатність решітки можна визначити на основі критерію Релея, за яким дві близькі спектральні лінії з довжинами хвиль λ, і λ2 видно ще роздільно, коли головний максимум першої лінії потрапляє в найближчий до нього мінімум другої лінії (рис. 26).

Головний максимум лінії λ, в спектрі к-τo порядку визначається умовою

(5)

Найближчий мінімум для хвиль з довжиною λ2, що йдуть у тому самому напрямі φ і відповідають тому самому порядку спектра к, виникатиме тоді, коли різниця ходів хвиль, виражена в λ2, від двох сусідніх щілин буде на N більшою від відповідної різниці, що виражає умову підсилення цих хвиль, тобто коли(6)

де N — кількість щілин у дифракційній решітці.

Умову (6) неважко зрозуміти з такого прикладу. Коли б різниця

ходів двох відповідних хвиль від сусідніх щілин дорівнювала, то різниця ходів двох відповідних хвиль від середньої і крайньої щілин дорівнювала б і тому вони взаємно знищувалися, а отже, всі хвилі з довжиною λ2, що виходили б з щілин першої половини решітки, знищувалися б хвилями від щілин другої половини решітки.

Прирівнявши праві частини рівностей (5) і (6), дістанемо:

або

Взявши

дістанемо вираз роздільної здатності решітки:

(7)

де N — кількість штрихів решітки.

Роздільна здатність дифракційної решітки R пропорційна порядку спектра к і кількості щілин у решітці N. Наприклад, щоб роздільно зображалися дві близькі лінії натрію λ, = 589,62 нм і λ2 = 589,02 нм у спектрі першого порядку = 1) (за виразом (7)), треба мати решітку з N >1000; для розділення цих самих ліній у спектрі другого порядку досить мати решітку з ./V >500. За допомогою решіток Роуланда, в яких кількість щілин досягає N= 110 000, в середній частині видимого спектра (λ = 600 нм) першого порядку розрізняються лінії з різницею δλ = 0,005 нм.

Дисперсією решітки називають вираз

(8)

за яким визначають кутову відстань між двома спектральними лініями. Значення дисперсії можна знайти, якщо продиференціювати рівність (2):

Приклад. На дифракційну решітку нормально до її поверхні падає паралельний пучок світла з довжиною хвилі λ = 0,5 мкм. Розміщена поблизу решітки лінза проектує дифракційну картину на екран, віддалений від лінзи на L = їм. Відстань / між двома максимумами інтенсивності першого порядку, що спостерігаються на екрані, дорівнює 20,2 см. Визначити: 1) період (а + Ь) дифракційної решітки; 2) число п штрихів на 1 см; 3) число максимумів, яке при цьому дає решітка; 4) максимальний кут φ відхилення променя останнього дифракційного максимуму.

Методика виконання роботи:

  1.  Встановити дифракційну решітку з відомим періодом на штатив.
  2.  Виміряти висоту на якій знаходиться  дифракційна решітка на листку аркуша.
  3.  Визначити довжину хвилі  падаючого світла, з умови максимума

 d sin  = , для дифракційних  решіток.

Де d= – період  дифракційної решітки.

  1.  

Sin  = , де а – відстань між нульовим та першим

максимумами та  b= a2+h2      

= ;   k=1, => =d sin  

  1.  По4. Похибку  знайти методом середнього.
  2.  Встановити  дифракційну решітку  з невідомим періодом.
  3.  По відомій довжині хвилі визначити період невідомої дифракційної решітки, зробивши відповідні виміри висоти і першого максимума

dx=

7.Похибку d знайти методом дифференціювання.

      dx = Ь   

      8.  Данні занести у таблицю

    

l= 1 мм

#

h,m

a,m

b,m

sin

d, м

, м

Число штрихів

1

2

3

4

Контрольні питання

  1.  Що таке дифракція?
  2.  умови спостереження дифракції. Приклади.
  3.  


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

26604. СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА ПОСОЛКИ И ГИГИЕНА ПОСОЛКИ МЯСА. ЗНАЧЕНИЕ И СУЩНОСТЬ ПОСОЛА 6.28 KB
  СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА ПОСОЛКИ И ГИГИЕНА ПОСОЛКИ МЯСА. Посол мяса один из самых древних ранее широко распространенных и доступных методов консервирования. В связи с развитием холодильной техники использованием высоких температур для консервирования мяса и мясопродуктов развитием колбасного производства посол уступил первое место этим методам консервирования. Однако и сейчас в сельской местности в личном хозяйстве он находит и будет находить применение как самостоятельный метод консервирования мяса н мясопродуктов.
26605. СХЕМА ИССЛЕДОВАНИЯ МЯСА НА ОБСЕМЕНЕННОСТЬ ВОЗБУДИТЕЛЯМИ ТОКСИКОИНФЕКЦИЙ 1.54 KB
  СХЕМА ИССЛЕДОВАНИЯ МЯСА НА ОБСЕМЕНЕННОСТЬ ВОЗБУДИТЕЛЯМИ ТОКСИКОИНФЕКЦИЙ. Схема бактериологического исследования мяса и мясопродуктов по ГОСТ 2123775.
26606. ТЕХНОЛОГИЯ УБОЯ КРС И ПЕРВИЧНАЯ ПЕРЕРАБОТКА ТУШ. ОГЛУШЕНИЕ. 22.62 KB
  ТЕХНОЛОГИЯ УБОЯ КРС И ПЕРВИЧНАЯ ПЕРЕРАБОТКА ТУШ. Чтобы предотвратить загрязнение туш и крови содержимым преджелудков на пищевод животным перед их обескровливанием накладывают лигатуру. Во избежание попадания крови от больных животных емкости нумеруют соответствующими номерами туш от которых собрана кровь. После этого полый нож извлекают из туши.
26607. ТЕХНОЛОГИЯ УБОЯ СВИНЕЙ И ПЕРВИЧНАЯ ПЕРЕРАБОТКА ТУШ. УБОЙ. ОГЛУШЕНИЕ 22.1 KB
  При сборе крови только для технических целей обычным боенским ножом производят глубокий разрез тканей в месте соединения шеи с грудной частью туши и направляя лезвие ножа вверх перерезают кровеносные сосуды у правого предсердия. Зачистка этих участков приводит к потерям массы туши и снижению ее товарного вида. Как указано выше свиные туши обрабатывают со съемкой шкур со съемкой крупонов и со шпаркой туш без съемки шкур. На конвейере вручную кольцеобразно подрезают гузенки снимают шкуру с бедер голяшек и паховой части от туш самцов...
26608. ТРАНСПОРТИРОВКА СКОРОПОРТЯЩИХСЯ ПРОДУКТОВ 8.39 KB
  ТРАНСПОРТИРОВКА СКОРОПОРТЯЩИХСЯ ПРОДУКТОВ. Главными задачами транспортировки являются быстрая доставка продуктов к местам назначения и сохранение их первоначальных качеств. Температурный режим при перевозке скоропортящихся продуктов В рефрижераторных поездах и секциях устанавливается в зависимости от температуры груза в момент погрузки. Совместная перевозка в одном вагоне разных видов скоропортящихся продуктов допускается при условии одинакового способа их обслуживания и на срок не превышающий установленного для наименее стойкого груза.
26609. ТРАНСПОРТИРОВКА СКОТА АВТОМОБИЛЬНЫМ ТРАНСПОРТОМ, ПО ЖЕЛЕЗНЫМ ДОРОГАМ И ВОДНЫМ ПУТЯМ. АВТОМОБИЛЬНЫЙ ТРАНСПОРТ 9.12 KB
  В 23 раза по сравнению с железнодорожным транспортом автомобильные перевозки ускоряют доставку животных на убой. В них не должно быть торчащих предметов дыр в полу и других неисправностей которые могли бы травмировать животных. Для предохранения животных от перегрева и охлаждения кузова покрывают брезентом. Крупных животных размещают в кузове на привязи головами вперед или к боковой стенке овец свиней и молодняк крупного рогатого скота перевозят без привязи.
26610. ТРЕБОВАНИЯ ГОСТ-52054-2003 К КАЧЕСТВУ ЗАГАТАВЛИВАЕМОГО МОЛОКА 8.95 KB
  По действующему ГОСТ 520542003 молоко натуральное коровьесырсч. Молоко высшего и первого сорта имеет кислотность 1ё18Т второго сорта 1б2099Т несортовое менее 1599 или более 2100. Молоко контролируемое в местах его продажи не должно иметь кислотность выше 20Т. В соответствии с требованиями ГОСТ молоко коров должно быть натуральным белого или слабокремового цвета без осадка и хлопьев.
26611. ФЕРМЕНТЫ МОЛОКА 8.76 KB
  ФЕРМЕНТЫ МОЛОКА. Из молока здоровых животных выделено более 20 истинных ферментов. Кроме истинных в молоке присутствуют ферменты вырабатываемые микрофлорой молока. Протеолитические и липолитические ферменты вызывают изменения приводящие к снижению пищевой ценности и возникновению пороков молока и молочных продуктов.
26612. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ МЯСА, ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА КАЧЕСТВО МЯСА 17.87 KB
  ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ МЫШЕЧНОЙ ТКАНИ. Наиболее типичный состав мышечной ткани у убойных животных характеризуется следующими данными в : влага вода7377; белки 1821; липиды 1030; экстрактивные азотистые вещества 1720; экстрактивные безазотистые вещества 0912; минеральные вещества 0812. ВОДА в мышечной ткани находится в гидратно связанном и свободном состояниях. Остальная большая часть воды находится в свободном состоянии и удерживается в ткани благодаря осмотическому давлению и адсорбции клеточными элементами.