 |
Тема: «Измерение длины световой волны»
|
|
|
|
Цель работы: научиться экспериментально, определять длину световой волны для различных видимых частей спектра при помощи дифракционной решетки.
Оборудование: прибор для определения длины световой волны, дифракционная решетка, источник света.
Теория:
в работе для определения длины световой волны используется дифракционная решётка с периодом 1/100 мм или 1/50 мм (период указан на решётке). Она является основной частью измерительной установки. Решётка устанавливается в держателе, который прикреплён к концу линейки. На линейке же располагается чёрный экран с узкой вертикальной щелью посередине. Экран может перемещаться вдоль линейки, что позволяет изменять расстояние между ним и дифракционной решёткой. На экране и линейке имеются миллиметровые шкалы. Вся установка крепится на штативе
Если смотреть сквозь решётку и прорезь на источник света (лампу накаливания или свечу), то на чёрном фоне экрана можно наблюдать по обе стороны от щели дифракционные спектры 1-го, 2-го и т.д. порядков.
Длина волны λ определяется по формуле λ= 
где d – период решётки, k – порядок спектра, φ – угол, под которым наблюдается максимум света соответствующего цвета.
Поскольку углы, под которыми наблюдаются максимумы 1-го и 2-го порядков, не превышают 50, можно вместо синусов углов использовать их тангенсы: tg φ= 
Расстояние a отсчитывают по линейке от решётки до экрана, расстояние
b – по шкале экрана от щели до выбранной линии спектра.
Окончательная формула для определения длины волны имеет вид: λ= 
В этой работе погрешность измерений длин волн не оценивается из-за некоторой неопределённости выбора середины части спектра данного цвета.
|
|
|
Порядок выполнения работы:
1. Подготовить бланк отсчёта с таблицей для записи результатов измерений и вычислений.
2. Собрать измерительную установку, установить экран на расстоянии 50 см от решётки.
3. Глядя сквозь дифракционную щель в экране на источник света и перемещая решётку в держателе, установить её так, чтобы дифракционные спектры располагались параллельно шкале экрана.
4. Измерить по шкале бруска расстояние а от экрана прибора до дифракционной решетки.
5. Определить расстояние от нулевого деления шкалы до середины фиолетовой полосы, как слева bл, так и справа bп, для спектров 1-го порядка и вычислить среднее значение bср
6. Опыт повторить со спектрами второго порядка.
7. Такие же измерения выполнить для красной полосы дифракционного спектра.
8. Определить длину волны фиолетовых лучей для спектров 1-го и 2-го порядков и длину волны красных лучей для тех же спектров по формуле: 
9. Сделать вывод.
10.Сравнить полученные результаты с табличными значениями длин волн красного и фиолетового цвета.
Результаты измерений:
| № опыта | Период решетки d, мм | Порядок спектра, k | Расстояние от решетки до экрана а, мм | Видимые границы спектра фиолетовых лучей | Видимые границы спектра красных лучей | Длина световой волны | |||||
| слева bл, мм | справа bп, мм | среднее bср, мм | слева bл, мм | справа bп, мм | среднее bср ,мм | для фиолетовых лучей λф, мм | для красных лучей λкр, мм | ||||
Расчеты:
Для фиолетовых лучей:
Для красных лучей:
Вывод:__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
|
|
|
Ответы на вопросы:
1. Что называется дифракционной решеткой?
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
2. Чем отличается дифракционный спектр от дисперсионного?
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Дополнительные задания
Вариант 1.
1. Дифракционная решетка содержит 50 штрихов на миллиметр. Под какими углами видны максимумы первого и второго порядков монохроматического излучения а длиной волны 400 Нм?
Вариант 2.
1. На дифракционную решетку, период которой 0,01 мм, направлена монохроматическая волна. Первый дифракционный максимум получен на экране смещенным на 3 см от первоначального направления света. Определить длину волны монохроматического излучения, если расстояние между экраном и решеткой 70 см.
Решение задач:
Домашнее задание:
1. Дифракционная решетка содержит 120 штрихов на 1 мм. Найти длину волны монохроматического света, падающего на решетку, если угол между двумя спектрами первого порядка равен 80.
|
|
|
