Оборудование

1 2 3 4 5 6

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ СВЕТОВОЙ ВОЛНЫ С ПОМОЩЬЮ ДИФРАКЦИОННОЙ РЕШЕТКИ

Лабораторная работа по физике

Методическое пособие для студентов

Разработали: Е.В. Зарубина

И.А. Королева

Новоуральск 2003

одобрено:

на заседании кафедры ЕНДСАиЭ

“____”________________2003г.

Зав.кафедрой ЕНДСАиЭ Новокшонов В.В.

Зарубина Е.В., Королева И.А.

Определение длины световой волны с помощью дифракционной решетки Лабораторная работа пол физике Методическое пособие для студентов г.Новоуральск, УрПК, 2002 В лабораторной работе "Определение длины световой волны с помощью дифракционной решетки" студенты наблюдают дифракционный спектр и по формуле дифракционной решетки рассчитывают длину световой волны красного и фиолетового цвета. При выполнении работы студенты используют дифракционную решетку с периодом 1/100 мм и различные светофильтры, изучают особенности дифракционного спектра. Полученные значения длин световых волн сравнивают с табличными, делают расчет погрешности. Целью настоящей работы является определение экспериментальным путем длины волны красного и фиолетового цвета с помощью дифракционной решетки

Рецензент Г.К.Шушерина — зав. лаборатории физики НПИ

Редактор Е.В. Зарубина – преподаватель УрПК

Подписано к печати

Формат бумаги

Содержание

1 Теория............................................... 5

2 Оборудование..........................................8

3 Порядок выполнения работы.............................9

4 Вычисление относительной и абсолютной погрешности.. …...11

5 Контрольные вопросы..................................15

Литература.............................................16

Теория

Дифракция световых волн – это явление отклонения световых лучей от прямолинейного пути при прохождении вблизи краев экранов, отверстий и т. п., соизмеримых с длиной волны. Для наблюдений дифракции используют узкие щели, отверстия, дифракционные решетки. Смотря сквозь решетку на источник света, наблюдатель, кроме этого источника видит расположенные симметрично по обе стороны от него дифракционные спектры.

Дифракционная решетка — это оптический прибор, представляющий собой совокупность большого числа параллельных щелей, разделенными непрозрачными промежутками.

Общая ширина d щели и непрозрачного промежутка называется периодом решетки (или постоянной решетки). Период дифракционной решетки можно определить следующим образом.

Например, если на дифракционной решетке имеется на 1 мм 100 штрихов, то период дифракционной решетки

d=1мм/100=10^-3м/100=10^-5м (1.1)

Вследствие дифракции свет, прошедший через решетку, будет распространятся по всевозможным направлениям. При этом все лучи, идущие от всех щелей будут когерентны.

Рассмотрим два произвольных луча, идущих от любых щелей(Рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 — Ход лучей через дифракционную решетку.

С помощью линз можно сфокусировать эти лучи и получить интерференционную картину. Если разность хода лучей будет равна длине волны l, то лучи будут иметь одинаковые фазы. Следовательно, образуется максимум усиления световых волн. В общем случае максимумы света наблюдаются в точках экрана, для которых выполняется условие:

(1.2)

где — разность хода,

— длина световой волны,

= 0, 1, 2, 3,... целое число, номер максимума (порядок максимума).

Условие максимума(1.1) можно выразить через параметры решетки (рисунок 1.2).

Так как

, (1.3)

то

(1.4)

где d – период решетки,

- угол дифракции (угол отклонения лучей).

Поскольку углы при дифракции, как правило малы, то для них можно принять можно принять (Рисунок 1.1)

, (1.5)

(1.6)

где а — расстояние до соответствующей области спектра (красной или

фиолетовой);

— расстояние от решетки до экрана.

Тогда

(1.7)

Таким образом, длину световой волны можно рассчитать по формуле:

(1.8)

Центральный максимум называется нулевым. Для него =0 (k=0), т.е. разность хода равна нулю.

Белый свет по составу – сложный. Нулевой максимум – это белая полоса, т.к. разность хода всех лучей любой цветности равна нулю.

Максимумы остальных порядков представляют собой набор семи цветных полос, совокупность которых называется спектром I,II, … порядка.

Поскольку лучи различного цвета имеют разную длину волны, то как следует из уравнения (1.3), условие интерференционного максимума для каждой длины световой волны выполняется при своем значении угла дифракции . Поэтому при прохождении через дифракционную решетку пучок белого света разлагается в спектр (Рисунок 1.2).

Лучи с большей длиной волны отклоняются на больший угол. Длина волны фиолетовых лучей составляет 0,38 мкм, красных – 0,76 мкм. Следовательно, в дифракционном спектре сильнее отклоняются красные лучи.