Визначення довжини світлової хвилі за допомогою дифракційної решітки

Мета роботи: 1. Поглибити знання про хвильові властивості світла.

2. Розглянути явище дифракції і її практичне застосування за допомогою дифракційної решітки.

2. На досліді познайомитися з дифракційними спектрами і експериментально визначити довжину хвиль світла.

Обладнання: - прилад для спостереження дифракційних спектрів

- дифракційна решітка;

- джерело світла.

Короткі теоретичні відомості:

Дифракція світла —це явище огинання світловими хвилями перешкоди і попадання їх в область геометричної тіні. Дифракція приводить до відхилення променів від початкового напрямку і до порушення закону прямолінійного розповсюдження світла.

Найбільш виразно дифракція спостерігається тоді, коли розміри перешкоди (або отвір,

або непрозорий диск) порівняний з довжиною

хвилі світла.

На явищі дифракції полягає дія дифракційної решітки, яка представляє звичайно прозору пластинку з нанесеним на ній рядом дуже вузьких паралельних прозорих

мал.1 і непрозорих смуг, які чергуються (мал.1).

Якщо ширина прозорих смуг дорівнює а, а ширина непрозорих смуг — b, то величина:

дифракційна називається періодом решітки і звичайно

решітка представляє соті долі міліметра.

лінза Припустимо, на дифракційну решітку (мал.2)

падають нормально світові проміні, які мають

хвильовий фронт, паралельний площині

решітки. В якусь мить часу він досягне

положення щілини решітки. За принципом

екран Гюйгенса-Френеля кожна точка фронту хвилі є

червоний. Р фіол. фіол червоний. самостійним джерелом вторинних

промінь пром. пром. промінь когерентних хвиль і тому починає

випромінювати світло під різними кутами

дифракції φ вліво и вправо,

Побічні центральний

максимуми максимум

мал.2 Тоді всі вторинні промені, дифраговані під

конкретним кутом φ, будуть збиратися в точці Р лінзи. Ми будемо спостерігати інтерференцію дифрагованих промінів.

Залежно від різниці ходу променів ∆r в точці Р промені, накладаються один на одного і дадуть максимум або мінімум світла. Максимум буде у випадк, коли:

,

де λ – довжина світової хвилі;

k – порядок максимуму (k=0 коли φ=0 – центральний максимум; k=1 – перший побічний максимум).

Це рівняння носить назву рівняння дифракційної решітки.

Якщо решітку освітлювати не монохроматичним, а білим світлом, то в межах одного і того ж максимума (к= const)

а червоний промінь сильніше дифрагує, ніж

фіолетовий. В результаті утворюється

дифракційний спектр у кожному побічному

максимумі з симетрично розташованими

лініями відносно центрального максимуму.

дифракційна В експериментальному пристрої

решітка параллельний пучок білого світла падає

нормально на дифракційну решітку, а

промеіні певної довжини хвилі λ,

дифраговані під кутом дифракції φ,

спостерігаються оком у точці Р у вигляді центральний яскравої лінії певного кольору

максимум Із умов максимуму:

мал.3 (центр шкали)

Оскільки відстань l від шкали до дифракційної решітки значно більша за відстань х від центру шкали до лінії, яка спостерігається, то

а з трикутника АОР:

Тоді розрахункова формула буде мати вигляд: