Методика эксперимента и описание установки

Согласно (10), измеряя углы, соответствующие положениям дифракционных максимумов, можно, зная d, определить длину волны света

. (13)

На этом принципе построена установка для измерения длины световой волны (рис. 5), которая состоит из деревянного бруска 1 длиной 53.2 см, на

Рис. 5

верхней стороне которого нанесена шкала с миллиметровыми делениями, на боковых сторонах бруска сделаны пазы по всей длине. Посередине бруска снизу прикреплена металлическая скоба 2, с которой шарнирно соединен металлический стержень 3, позволяющий закрепить брусок под разными углами с помощью винта 4. К торцу передней части бруска прикреплена рамка 5, в которую вкладывается дифракционная решетка 9 со 100 штрихами на 1 мм. С другого конца на брусок надевается ползунок с вертикальным экраном 6, лапки которого могут перемещаться в пазах бруска по всей длине. Верхняя часть экрана окрашена в серый цвет, а на нижней части находится шкала 7 с миллиметровыми делениями. Нуль шкалы расположен посередине щитка. Сантиметровые деления отмечены порядковыми цифрами вправо и влево от нуля. Над нулевым делением в экране сделано небольшое прямоугольное окно 8, оканчивающееся вдоль нулевого деления шкалы прорезью.

Рейку устанавливают на уровне глаз. Штрихи дифракционной решетки должны быть параллельны щели на щитке. Вся установка должна быть собрана таким образом, чтобы сквозь узкую щель в щитке была видна нить накала лампы. При наблюдении сквозь дифракционную решетку на сером фоне по обе стороны окна в щитке будут видны дифракционные спектры, которые расположены симметрично относительно щели так, что фиолетовая часть каждого спектра обращена к середине шкалы. При решетке со 100 штрихами на 1 мм обычно видны спектры первого, второго и третьего порядков, считая от окна в экране.

Если спектры не параллельны шкале, то это значит, что штрихи не параллельны нити накала лампы. Слегка поворачивая лампу или решетку, добиваются параллельного расположения спектров.

В спектрах первого порядка, расположенных по обе стороны от окна в экране, отсчитывают расстояние l от середины шкалы до крайних фиолетовых или крайних красных лучей. Если полученные значения у левого спектра отличны от соответствующих значений правого, то находят их средние значения.

По шкале на рейке определяют расстояние s в миллиметрах от щитка до дифракционной решетки, которая расположена на нулевом делении шкалы. Частное от деления l на s равно тангенсу угла, под которым виден этот луч. Синус этого угла равен отношению длины световой волны наблюдаемого луча к расстоянию между соседними штрихами решетки, т. е. постоянной d.

Поскольку угол φ достаточно мал, то можно допустить, что tgφ≈sinφ. Тогда sinφ=l/s и выражение (13) можно записать в виде:

. (14)

Для решетки с количеством штрихов N на единицу длины период дифракционной решетки d определяется по формуле:

. (15)

С учетом формулы (15) выражение (10) можно записать в виде:

. (16)

Формулу (16) необходимо использовать для определения длины световой волны при измерениях, проводимых при помощи установки показанной на рис.5. Для получения более точных результатов измерения необходимо s брать возможно большим и передвигать ползунок с щитом по рейке до тех пор, пока l не будет равна целому числу, выраженному в миллиметрах.