№22 Определение длины световой волны с помощью дифракционной решетки
учебно-методическое пособие по физике

№22 Определение длины световой волны с помощью дифракционной решетки

Цель работы:

Определить длину световой волны с помощью дифракционной решётки.

Пояснения к работе.

Краткие теоретические сведения.

Параллельный пучок света, проходя, через дифракционную решетку, вследствие дифракции за решеткой, распространяется по всевозможным направлениям и интерферирует. На экране, установленном на пути интерферирующего света, можно наблюдать интерференционную картину. Максимумы света наблюдаются в точках экрана, для которых выполняется условие: ∆kλ (1), где ∆ - разность хода волн; λ – длина световой волны; k – номер максимума. Центральный максимум называют нулевым; для него ∆ = 0. Слева и справа от него располагаются максимумы высших порядков.

 Условие возникновения максимума (1) можно записать иначе: kλ = d ѕіnϕ (рис. 24). Здесь d -период дифракционной решетки;

Дифракционная решетка

Рис. 24

ϕ – угол, под которым виден световой максимум (угол дифракции). Так как углы дифракции, как правило, малы, то для них можно принять ѕinϕ = tgϕ, a tgaϕ/b (рис. 24). Поэтому kλ = d × a/b (2)

В данной работе формулу (2) используют для вычисления длины световой волны. Анализ формулы (1) показывает, что положение световых максимумов зависит от длины волны монохроматического света: чем больше длина волны, тем дальше максимум от нулевого.

Белый свет по составу – сложный. Нулевой максимум для него – белая полоса, а максимумы высших порядков представляют собой набор семи цветных полос, совокупность которых называют спектром соответственно ׀; ׀׀, ... порядка (рис. 25).

Получить дифракционный спектр можно, используя прибор для определения длины световой волны (рис. 26). Прибор состоит из бруска 1 со шкалой. Внизу бруска укреплен стержень 2. Его вставляют в отверстие подставки от подъемного столика. Брусок закрепляют под разными углами с помощью винта 3. Вдоль бруска в боковых пазах его может перемещаться ползунок 4 с экраном 5. К концу бруска прикреплена рамка 6, в которую вставляют дифракционную решетку.

Перечень необходимого оборудования.

1. Прибор для определения длины световой волны. 2. Подставка для прибора. 3. Дифракционная решетка. 4. Лампа с прямой нитью накала в патроне со шнуром и вилкой (общая для всех студентов).

Задание.

1. Самостоятельно изучить методические рекомендации по проведению лабораторной работы. 2. Повторить §35.1-9 (1); § 157-164 (2).

3. Подготовить ответы на контрольные вопросы.

4. Подготовить форму отчёта.

Работа в лаборатории.

1. Собрать установку, изображенную на рис. 26.

2. Установить на демонстрационном столе лампу и включить ее.

3.Смотря через дифракционную решетку, направить прибор на лампу так, чтобы через окно экрана прибора была видна нить лампы.

4. Экран прибора установить на возможно большем расстоянии от дифракционной решетки и получить на нем четкое изображение спектров I и ׀׀ порядков.

5. Измерить по шкале бруска установки расстояние «b» от экрана прибора до дифракционной решетки.

6. Определить расстояние от нулевого деления (0) шкалы экрана до середины фиолетовой полосы как слева «ал», так и справа «ап» для спектров ׀ порядка (рис. 27) и вычислить среднее значение аср. Опыт повторить со спектром ׀׀ порядка.

8. Такие же измерения выполнить и для красных полос дифракционного спектра.

9. Вычислить по формуле (2) длину волны фиолетового света для спектров ׀ и ׀׀ порядков, длину волны красного света и порядков.

10. Результаты измерений и вычислений записать в табл.

Таблица «Определения длины световой волны»:

Содержание отчета.

Отчёт должен содержать:

1. Название работы

2. Цель работы

3. Перечень необходимого оборудования

4.Рисунок

5. Формулы искомых величин и их погрешностей.

6. Таблица с результатами измерений и вычислений

7. Ответы на контрольные вопросы.

7.1. Почему нулевой максимум дифракционного спектра белого света высших порядков набор цветных полос?

белая полоса, а максимум

7.2. Почему максимумы располагаются как слева, так и справа от нулевого максимума?

7.3. В каких точках экрана получаются ׀, ׀׀, ׀׀׀ максимумы?

7.4. Какой вид имеет интерференционная картина в случае монохроматического света?

7.5. В каких, точках экрана получается световой минимум?

8. Выводы о проделанной работе.

Список литературы.

1. Жданов Л. С., Жданов Г. Л. Физика (учебник для средних специальных

учебных заведений М. Высшая школа 1995) §35.1-9 (1).

2 Дмитриева В. Ф. Физика (Учебное пособие для средних специальных