Измерение длины световой волны решение лабораторной. Лабораторная работа: Измерение длины световой волны с помощью дифракционной решетки

Лабораторная работа №6

«Измерение длины световой волны с помощью дифракционной решетки»

Белян Л.Ф.,

учитель физики

МБОУ «СОШ № 46»

город Братск

Цель работы:

Продолжить формирование представлений о явлении дифракции.

Изучить способ определения длины световой волны с помощью дифракционной решетки с известным периодом.

k =-3 k=-2 k=-1 k=0 k=1 k=2 k=3

Оборудование:

1.Линейка

2.Дифракционная решетка

3. Экран с узкой вертикальной щелью посредине

4. Источник света – лазер (монохроматический источник света)

Дифракционная решетка

Дифракционная решетка представляет собой совокупность большого числа очень узких щелей, разделенных непрозрачными промежутками.

а - ширина прозрачных полос

b - ширина непрозрачных полос

d = a + b

d - период дифракционной решетки

Вывод рабочей формулы:

Максимум

света

Решетка

Экран

d sin φ = k λ

т.к. углы малы, то

sin φ = tg φ , тогда

Таблица измерений

Порядок спектра



 10 -9 м

 ср

 10 -9 м

ВЫЧИСЛЕНИЯ:

1 .  =

2.  =

3.  =

 ср =

Табличные значения:

λ кр = 760 нм

В выводе сравнить измеренные значения длины волны и табличные.

Контрольные вопросы:

1. Как изменяется расстояние между максимумами дифракционной картины при удалении экрана от решетки?

2. Сколько порядков спектра можно получить от дифракционных решеток используемых в работе?

РЕСУРСЫ:

Физика. 11 класс. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Чаругин В.М.

Учебник для общеобразовательных учреждений.

Базовый и профильный уровни.

http://ege-study.ru/difrakciya-sveta/

http://kaf-fiz-1586.narod.ru/11bf/dop_uchebnik/in_dif.htm

http://www.physics.ru/courses/op25part2/content/chapter3/section/paragraph10/theory.html#.WGEjg1WLTIU

Лабораторная работа № 43

Раздел 5. Оптика

Тема 5.2. Волновые свойства света

Название лабораторной работы: определение длины световой волны с помощью дифракционной решётки

Учебная цель: получить дифракционный спектр, определить длины световых волн разного цвета

Учебные задачи: наблюдать интерференционную картину, получить спектры первого и второго порядков, определить видимые границы спектра фиолетового света и красного света, вычислить их длины волн.

Правила безопасности: правила проведения в кабинете во время выполнения практического занятия

Норма времени: 2 часа

Образовательные результаты, заявленные во ФГОС третьего поколения:

Студент должен

уметь: измерять длину световой волны, делать выводы на основе экспериментальных данных

знать: устройство дифракционной решётки, период решётки, условия образования максимумов

Обеспеченность занятия

Методические указания по выполнению лабораторного занятия

Лабораторная тетрадь, карандаш, линейка, прибор для определения длины световой волны, подставка для прибора, дифракционная решётка, источник света.

Порядок проведения занятия: работа индивидуальная

Теоретическое обоснование

Параллельный пучок света, проходя через дифракционную решётку, вследствие дифракции за решёткой, 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:  = n  (1)

 - разность хода волн;  - длина световой волны, n – 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: n  = d Sin 

Рисунок 1

Здесь d – период дифракционной решётки,  - угол, под которым виден

световой максимум (угол дифракции). Так как углы дифракции малы, то для них можно принять Sin  = tg , а tg  = a/b рисунок 1, поэтому n  = d а/ b (2)

Эту формулу используют для определения длины световой волны.

В результате измерений было установлено, что для красного света λкр = 8 10-7 м, а для фиолетового - λф = 4 10-7 м.

В природе нет никаких красок, есть лишь волны разных длин волн

Анализ формулы (1) показывает, сто 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 цветных

полос, совокупность которых называют спектром  и  рисунок 2

Рисунок 2

Прибор состоит из бруска со шкалой 1, стержнем 2, винта 3 (можно регулировать брусок под разными углами). Вдоль бруска в боковых пазах можно перемещать ползунок 4 с экраном 5. К концу бруска прикреплена рамка 6, в которую вставляют дифракционную решётку, рисунок 3

Рисунок 4

Рисунок 3 дифракционная решётка

Дифракционная решётка разлагает свет в спектр и позволяет точно определить длины световых волн

Рисунок 5

Порядок выполнения работы

Собрать установку, рисунок 6

Установить источник света, включить его.

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

Экран установить на возможно большем расстоянии от дифракционной решётки.

Измерить по шкале бруска расстояние «b от экрана прибора до дифракционной решётки.

Определить расстояние от нулевого деления (0) шкалы экрана до середины фиолетовой полосы как слева «а л », так и справа «а п » для спектров  порядка, рисунок 4 и вычислить среднее значение, а ср

Опыт повторить со спектром  порядка.

Такие же измерения выполнить для красных полос дифракционного спектра.

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

Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 1

Сделать вывод

Таблица №1

Период дифракционной

решётки d мм

Порядок спектра

Расстояние от

дифракционной

решётки до экрана

Границы спектра фиолетового

Границы спектра красного

Длина световой

Красного

Излучения

Фиолетового

Излучения

Вопросы для закрепления теоретического материала к лабораторному занятию

Почему нулевой максимум дифракционного спектра белого света – белая полоса, а максимум высших порядков – набор цветных полос?

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

В каких точках экрана получаются , ,  максимумы?

Какой вид имеет интерференционная картина в случае монохроматического света?

В каких точках экрана получается световой минимум?

Чему равна разность хода светового излучения (= 0,49 мкм), дающего 2-й максимум в дифракционном спектре? Определите частоту этого излучения

Дифракционная решётка и её параметры.

Определения интерференции и дифракции света.

Условия максимумов света от дифракционной решётки.

По окончанию практической работы студент должен представить: - Выполненную в лабораторной тетради работу в соответствии с вышеуказанными требованиями.
Список литературы:

В. Ф. Дмитриева Физика для профессий и специальностей технического профиля М.: ИД Академия – 2016

Р. А. Дондукова Руководство по проведению лабораторных работ по физике для СПО М.: Высшая школа,2000

Лабораторные работы по физике с вопросами и заданиями

О. М. Тарасов М.: ФОРУМ-ИНФА-М, 2015

Урок- исследование

Таблица самоконтроля

	Мульти-медиа	Странич-ки истории	Доверяй, но проверяй	Термины. Фор-мулы.	Дополнительно
учащегося

Тестирование

Урок- исследование

по теме «Определение длины световой волны»

Таблица самоконтроля

Ф. И. уч – ся ___________________________

	Тестиро-вание (уровень А,В,C )	Мульти-медиа	Странич-ки истории	Доверяй, но проверяй	Термины. Фор-мулы.	Дополнительно
учащегося

Тестирование

«Разработка урока»

Урок - исследование

(11 класс)

Определение длины

световой волны

Учитель: Радченко М.И.

Тема : Определение длины световой волны. Лабораторная работа «Измерение длины световой волны».

Урок - исследование. (Приложение.)

Цели :

Обобщить, систематизировать знания о природе света, экспериментально исследовать зависимость длины световой волны от других физических величин, научить видеть проявления изученных закономерностей в окружающей жизни, формировать навыки коллективной работы в сочетании с самостоятельностью учащихся, воспитание мотивов учения.

Без сомнения, все наше знание начинается с опыта.

Кант Иммануил

(Немецкий философ, 1724-1804гг.)

Оформление – портреты ученых, биографическая справка, достижения в науке. Основные звенья научного творчества: исходные факты, гипотеза, следования, эксперимент, исходные факты.

Ход урока

Орг. момент.

Вступительное слово учителя. Тема урока и цели выполнены в Power Point , проектируются по сети на экраны мониторов и интерактивную доску.

Учитель зачитывает и поясняет слова эпиграфа и основные звенья научного творчества

Актуализация знаний. Повторение, обобщение изученного материала о природе света. Решение задач. Учащиеся знакомят с результатами своих теоретических исследований, подготовленными в виде презентаций в Power Point (дисперсия, интерференция, дифракция света, дифракционная решетка. Приложения ).

Выполнение лабораторной работы «Измерение длины световой волны». (Приложение, материал учебника.) Анализ полученных результатов, выводы.

Компьютерное тестирование. Задания подготовлены в четырех уровнях сложности. Результат заносят в «Таблицу самоконтроля». (Приложение).

Подведение итогов.

Учащиеся заполняют таблицы самоконтроля с проставлением оценки по различным видам деятельности.

Учитель анализирует вместе с учащимися результаты работы.

Просмотр содержимого документа
«Световые явления уровень А»

СВЕТОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ

Уровень А

А. Телевизор.

Б. Зеркало.

Г. Солнце.

2. Для того, чтобы узнать скорость света в неизвестном прозрачном веществе, достаточно определить …

А. Плотность.

Б. Температуру.

В. Упругость.

Г. Давление.

Д. Показатель преломления.

3. Световая волна характеризуется длиной волны, частотой и скоростью распространения. При переходе из одной среды в другую не изменяется …

А. Скорость.

Б. Температура.

В. Длина волны.

Г. Только частота.

Д. Показатель преломления.

4. Оптическая система глаза строит изображение далеких предметов за сетчаткой. Какой это дефект зрения и какие линзы нужны для очков?

Б. Близорукость, собирающие.

В. Нет дефекта зрения.

5. Если показатель преломления алмаза равен 2,4, то скорость света (с=3*10 8 м/с)

в алмазе равна …

А. 200000 км/с.

Б. 720000 км/с.

В. 125000 км/с.

Г. 725000 км/с.

Д. 300000 км/с.

В. Длина волны изменяется.

Г. Только частота одинаковая.

7. Человек приближается к плоскому зеркалу со скоростью 2 м/с. Скорость, с которой он приближается к своему изображению, равна …

А. Молния.

Б. Блеск драгоценных камней.

В. Радуга.

Г. Тень от дерева.

9. Во время работы свет должен падать…

А. Справа.

В. Сверху.

Г. Спереди.

10.

А. Плоское зеркало.

Б. Стеклянная пластинка.

В. Собирающая линза.

Г. Рассеивающая линза.

11. На сетчатке глаза изображение…

Просмотр содержимого документа
«Световые явления уровень В»

СВЕТОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ

Уровень В

1. Для того, чтобы узнать скорость света в неизвестном прозрачном веществе, достаточно определить …

А. Плотность.

Б. Температуру.

В. Упругость.

Г. Давление.

Д. Показатель преломления.

2. Световая волна характеризуется длиной волны, частотой и скоростью распространения. При переходе из одной среды в другую не изменяется …

А. Скорость.

Б. Температура.

В. Длина волны.

Г. Только частота.

Д. Показатель преломления.

3. Оптическая система глаза строит изображение далеких предметов за сетчаткой. Какой это дефект зрения и какие линзы нужны для очков?

А. Дальнозоркость, собирающие.

Б. Близорукость, собирающие.

В. Нет дефекта зрения.

Г. Близорукость, рассеивающие.

Д. Дальнозоркость, рассеивающие.

4. Если показатель преломления алмаза равен 2,4, то скорость света (с=3*10 8 м/с)

в алмазе равна …

А. 200000 км/с.

Б. 720000 км/с.

В. 125000 км/с.

Г. 725000 км/с.

Д. 300000 км/с.

5. Определить длину волны, если ее скорость равна 1500 м/с, а частота колебаний 500 Гц.

Б. 7,5*10 5 м.

Д. 0,75*10 5 м.

6. Отраженная волна возникает, если …

А. Волна падает на границу раздела сред с разной плотностью.

Б. Волна падает на границу раздела сред с одинаковой плотностью.

В. Длина волны изменяется.

Г. Только частота одинаковая.

Д. Показатель преломления одинаковый.

8. Какое из названных ниже явлений объясняется прямолинейным распространением света?

А. Молния.

Б. Блеск драгоценных камней.

В. Радуга.

Г. Тень от дерева.

9. Какой оптический прибор может давать увеличенное и действительное изображение предмета?

А. Плоское зеркало.

Б. Стеклянная пластинка.

В. Собирающая линза.

Г. Рассеивающая линза.

10. На сетчатке глаза изображение…

А. Увеличенное, прямое, действительное.

Б. Уменьшенное, перевернутое (обратное), действительное.

В. Уменьшенное, прямое, мнимое.

Г. Увеличенное, перевернутое (обратное), мнимое.

11. Найти период решетки, если дифракционное изображение первого порядка получено на расстоянии 2,43 см от центрального, а расстояние от решетки до экрана 1 м. Решетка была освещена светом с длиной волны 486 нм.

Просмотр содержимого документа
«Световые явления уровень Д»

СВЕТОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ

Уровень Д

1.Из перечисленных ниже тел выберите тело, являющееся естественным источником света.

А. Телевизор.

Б. Зеркало.

Г. Солнце.

2. Угол падения светового луча равен30º. Угол отражения светового луча равен:

3. При солнечном затмении на Земле образуется тень и полутень от Луны (см. рис.). Что видит человек, находящийся в тени в точке А?

4. При помощи дифракционной решетки с периодом 0,02 мм получено первое дифракционное изображение на расстоянии 3,6 см от центрального максимума и на расстоянии 1,8 м от решетки. Найти длину световой волны.

5. Фокусное расстояние двояковыпуклой линзы 40 см. Чтобы изображение предмета получилось в натуральную величину, его надо поместить от линзы на расстоянии, равном …

6. Первый дифракционный максимум для света с длиной волны 0,5 мкм наблюдается под углом 30 градусов к нормали. На 1 мм в дифракционной решетке содержится штрихов …

7. При фотографировании с расстояния 200 м высота дерева на негативе оказалась равной 5 мм. Если фокусное расстояние объектива 50 мм, то действительная высота дерева …

8. Для того, чтобы узнать скорость света в неизвестном прозрачном веществе, достаточно определить …

А. Плотность.

Б. Температуру.

В. Упругость.

Г. Давление.

Д. Показатель преломления.

9. Световая волна характеризуется длиной волны, частотой и скоростью распространения. При переходе из одной среды в другую не изменяется …

А. Скорость.

Б. Температуру.

В. Длина волны.

Г. Только частота.

Д. Показатель преломления.

10. Оптическая система глаза строит изображение далеких предметов за сетчаткой. Какой это дефект зрения и какие линзы нужны для очков?

А. Дальнозоркость, собирающие.

Б. Близорукость, собирающие.

В. Нет дефекта зрения.

Г. Близорукость, рассеивающие.

Д. Дальнозоркость, рассеивающие.

11. Определить длину волны, если ее скорость равна 1500 м/с, а частота колебаний 500 Гц.

Б. 7,5*10 5 м.

Д. 0,75*10 5 м.

12. Если показатель преломления алмаза равен 2,4, то скорость света (с=3*10 8 м/с)

в алмазе равна …

А. 200000 км/с.

Б. 720000 км/с.

В. 125000 км/с.

Г. 725000 км/с.

Д. 300000 км/с.

13. Отраженная волна возникает, если …

А. Волна падает на границу раздела сред с разной плотностью.

Б. Волна падает на границу раздела сред с одинаковой плотностью.

В. Длина волны изменяется.

Г. Только частота одинаковая.

Д. Показатель преломления одинаковый.

14. Человек приближается к плоскому зеркалу со скоростью 2 м/с. Скорость, с которой он приближается к своему изображению, равна …

15. Найти период решетки, если дифракционное изображение первого порядка получено на расстоянии 2,43 см от центрального, а расстояние от решетки до экрана 1 м. Решетка была освещена светом с длиной волны 486 нм.

16. Оптическая система глаза приспосабливается к восприятию предметов, находящихся на разном расстоянии за счет…

А. Изменения кривизны хрусталика.

Б. Дополнительного освещения.

В. Приближения и удаления предметов.

Г. Световых раздражений.

1 7. Какое из названных ниже явлений объясняется прямолинейным распространением света?

А. Молния.

Б. Блеск драгоценных камней.

В. Радуга.

Г. Тень от дерева.

18. Какой оптический прибор может давать увеличенное и действительное изображение предмета?

А. Плоское зеркало.

Б. Стеклянная пластинка.

В. Собирающая линза.

Г. Рассеивающая линза.

19. Во время работы свет должен падать…

А. Справа.

В. Сверху.

Г. Спереди.

20. На сетчатке глаза изображение…

А. Увеличенное, прямое, действительное.

Б. Уменьшенное, перевернутое (обратное), действительное.

В. Уменьшенное, прямое, мнимое.

Г. Увеличенное, перевернутое (обратное), мнимое.

«Дифракционная решетка.»

Дифракционная решетка

На явлении дифракции основано устройство замечательного оптического прибора-дифракционной решетки.

Определение длины световой волны

AC=AB*sin φ=D*sin φ

Где k=0,1,2 …

Просмотр содержимого презентации
«Дифракция»

Дифракция

отклонение от прямолинейного

распространения волн, огибание волнами препятствий

Дифракция

механических волн

Дифракция

Опыт Юнга

Теория Френеля

Юнг Томас (1773-1829) английский ученый

Френель Огюстен (1788 - 1821) французский физик

Просмотр содержимого презентации
«Интерференция»

Интерференция

Сложение в пространстве волн, при котором образуется постоянное во времени распределение амплитуд результирующих колебаний

Открытие интерференции

Явление интерференции наблюдал Ньютон

Открытие и термин интерференция принадлежат Юнгу

Условие максимумов

Амплитуда колебаний среды в данной точке максимальна, если разность хода двух волн, возбуждающих колебания в этой точке, равна целому числу длин волн

∆ d=k λ

Условие минимумов

Амплитуда колебаний среды в данной точке минимальна, если разность хода двух волн, возбуждающих колебания в этой точке, равна нечетному числу полуволн.

∆ d=(2k+1) λ /2

«Мыльный пузырь, витая в воздухе… зажигается всеми оттенками цветов, присущими окружающим предметам. Мыльный пузырь, пожалуй, самое изысканное чудо природы»

Марк Твен

Интерференция в тонких пленках

Различие в цвете связано с различием в длине волны. Световым пучкам различного цвета соответствуют волны различной длины. Для взаимного усиления волн требуется различная толщина пленки. Следовательно, если пленка имеет неодинаковую толщину, то при освещении ее белым светом должны появиться различные цвета.

Простая интерференционная картина возникает в тонкой прослойке воздуха между стеклянной пластиной и положенной на ней плоско-выпуклой линзой, сферическая поверхность которой имеет большой радиус кривизны.

Волны 1 и 2 когерентны. Если вторая волна отстает от первой на целое число длин волн, то, складываясь, волны усиливают друг друга. Вызываемые ими колебания происходят в одной фазе.
Если вторая волна отстает от первой на нечетное число полуволн, то колебания, вызванные ими, будут происходить в противоположных фазах и волны гасят друг друга

Проверка качества обработки поверхностей.
Нужно создать тонкую клиновидную прослойку воздуха между поверхностью образца и очень гладкой эталонной пластиной. Тогда неровности вызовут заметные искривления интерференционных полос.

Просветление оптики. Часть пучка после многократного отражения от внутренних поверхностей все же проходит через оптический прибор, но рассеивается и уже не участвует в создании четкого изображения. Для устранения этих последствий используют просветление оптики. На поверхность оптического стекла наносят тонкую пленку. Если амплитуды отраженных волн одинаковы или очень близки друг к другу, то гашение света будет полным. Гашение отраженных волн у объективов означает, что весь свет проходит сквозь объектив.

Просмотр содержимого презентации
«Определение длины световой волны л р»

Формула:

λ =( d sin φ ) /k ,

где d - период решетки, k – порядок спектра, φ – угол, под которым наблюдается максимум света

Расстояние а отсчитывается по линейке от решетки до экрана, расстояние b – отсчитывается по шкале экрана от щели до выбранной линии спектра

Максимум света

Конечная формула

λ = db/ka

Световая волна

Интерференционные опыты позволяют измерить длину световой волны: она очень мала – от 4*10 -7 до 8*10 -7 м

Цель работы : Определить длину световой волны, используя дифракционную решетку .

Оборудование:

1. Прибор для определения длины световой волны, состоящий из линейки, пластины с дифракционной решеткой и движка со щелью.

2. Штатив.

3. Электрическая лампочка на напряжение 42 В в патроне.

Краткая теория

Как известно, свет представляет собой электромагнитные волны , которые характеризуются длиной световой волны. Дифракционная решетка служит для выделения из света с разными длинами волн света с определенной длиной волны или, как говорят, разложения света на его спектральные компоненты . Основой работы дифракционной решетки служат явления дифракции и интерференции света, и именно волновая природа света приводит к возникновению указанных выше двух явлений.

Дифракцией называется отклонение распространения света от прямолинейного в область, где при прямолинейном распространении света должна бы была быть тень.

Интерференцией называется сложение световых пучков, ведущее к образованию светлых и темных полос.

Дифракция. Дифракция наблюдается в случаях, когда свет проходит сквозь прозрачный материал, в котором есть непрозрачные небольшие препятствия, либо через небольшие отверстия в непрозрачном материале.

Различают два типа дифракции: дифракция в параллельных пучках света или дифракция Фраунгофера и дифракция в расходящемся пучке света – дифракция Френеля . В первом случае для наблюдения дифракционной картины используют либо солнечные лучи, которые являются параллельными, либо создают параллельный пучок света, используя простейшую оптическую систему – выпуклую линзу. Во втором случае используется точечный источник света, например, лампа с малыми размерами спирали.

Схема наблюдения дифракции Фраунгофера приведена на рис. 1.

Рис.1. Дифракция Фраунгофера.

В случае прямолинейного распространения света параллельный пучок лучей, сформированный линзой 1, пройдя через круглое отверстие в непрозрачном экране 1 и через фокусирующую линзу 2, должен был бы собраться в точку. Однако, из-за дифракции на экране 2 получается сложная дифракционная картина, состоящая из чередования светлых и темных колец.

Интерференция. При интерференции волны света с одинаковыми длинами волн максимально усиливают друг друга, когда приходят в точку наблюдения в одинаковой фазе , и ослабляют друг друга, когда приходят в противофазе . Суть явления интерференции поясняет рис.2.

Рис. 2. Интерференция от 2-х источников.

Точечные источники света В 1 и В 2 расположены друг от друга на расстоянии t. Колебания электромагнитного поля совершаются в этих точках в одной и той же фазе. Интерференция (т.е. сложение или вычитание колебаний) наблюдается в точках А и С на экране, находящемся на большом расстоянии L по сравнению t и l. В оптике установлено, что для максимального усиления волн разность хода (т.е. разность расстояний от источников до точки наблюдения) должно выполняться условие:

а для максимального ослабления волн:

, где n – целое число.

Из Рис. 2 можно определить разность хода . Тогда, используя предыдущие равенства, можно получить, что светлые полосы располагаются на расстоянии от точки А, расстояние между светлыми полосами , а темные полосы располагаются между светлыми. Очевидно, что в точке А разность хода равна нулю и в этой точке наблюдается сложение колебаний от источников света В 1 и В 2

Дифракционная решетка . Ряд прозрачных щелей, разделенных непрозрачными полосами, называется дифракционной решеткой . Дифракционная картина, которая имела место на одной щели при использовании дифракционной решетки, усложняется, так как кроме дифракции на каждой щели происходит еще и интерференция световых волн от щелей, которые можно рассматривать как источники света. На экране возникают максимумы и минимумы света, причем главные максимумы возникают при значении угла j , удовлетворяющих соотношению , где - период решетки равный сумме ширины щели и полосы. Положение 1-го максимума при определяется выражением

Из (1) видно, что для данной дифракционной решетки положения 1-го максимума для различных длин волн разное: чем больше длина волны света, тем больше угол отклонения наблюдаемого максимума от направления падающего пучка света.

Программа работы

Схема прибора приведена на рис.3.

Рис.3. Прибор для определения длины волны.

1. Включить электрическую лампочку.

2. Глядя через дифракционную решетку, направить прибор на лампочку так, чтобы через щель в движке была видна нить накала лампы. На черном фоне движка по обе стороны от нуля должны быть видны дифракционные спектры, состоящие из полос разного цвета. Если полосы располагаются не параллельно шкале, то это означает, что нить накала не параллельна штрихам на решетке. В этом случае надо повернуть немного либо дифракционную решетку, либо лампочку. Закрепить прибор.

3. Определить расстояние от щели на движке (нуля) до красной полосы слева на шкале.

4. Определить расстояние от щели на движке (нуля) до красной полосы справа на шкале. Записать это значение в таблицу.

5. Определить среднее значение расстояния до красной полосы по формуле:

Записать это значение в таблицу.

6. Определить расстояние от щели на движке (нуля) до фиолетовой полосы слева на шкале. Записать это значение в таблицу.

7. Определить расстояние от щели на движке (нуля) до фиолетовой полосы справа на шкале. Записать это значение в таблицу.

8. Определить среднее значение расстояния до фиолетовой полосы по формуле:

Записать это значение в таблицу.

9. Определить расстояние от дифракционной решетки до движка. Записать это значение в таблицу.

Дифракционной решетки

Цель работы

С помощью дифракционной решетки получить спектр, изучить его. Определить длину волны фиолетовых, зеленых и красных лучей

Теоретическая часть работы

Параллельный пучок света, проходя через дифракционную решетку, вследствие дифракции за решеткой распространяется по все возможным направлениям и интерферирует. На экране, установленном на пути интерферирующего света, можно наблюдать интерференционную картину. В точке О поставленного за решеткой экрана разность хода лучей любой цветности будет равна нулю, здесь будет центральный нулевой максимум – белая полоса. В точке экрана, для которой разность хода фиолетовых лучей будет равна длине волны этих лучей, лучи будут иметь одинаковые фазы; здесь будет максимум – фиолетовая полоса – Ф. В точке экрана, для которой разность хода красных лучей будет равна длине их волны, будет максимум для лучей красного света – К. Между точками Ф и К расположатся максимумы всех остальных составляющих белого цвета в порядке возрастания длины волны. Образуется дифракционный спектр. Сразу за первым спектром расположен спектр второго порядка. Длину волны можно определить по формуле:

Где λ- длина волны, м

φ – угол, под которым наблюдается максимум для данной длины волны,

d – период дифракционной решетки d= 10 -5 м,

k – порядок спектра.

Поскольку углы, под которыми наблюдаются максимумы первого и второго порядков не превышают 5 0 , можно вместо синусов углов использовать их тангенсы:

где a – расстояние от центра окна до середины лучей спектра, м;

ℓ - расстояние от дифракционной решетки до экрана, м

Тогда длина волны может быть определена по формуле:

Оборудование

Прибор для определения длины световой волны, дифракционная решетка, лампа накаливания.

Ход работы

1. Установите экран на расстоянии 40-50 см от решетки (ℓ).

2. Глядя сквозь решетку и щель в экране на источник света, добейтесь, чтобы по обе стороны от щели были четко видны дифракционные спектры.

3. По шкале на экране, определите расстояние от центра окна до середины фиолетовых, зеленых и красных лучей (a), вычислить длину световой волны по формуле: ,

4. Изменив расстояние от решетки до экрана (ℓ), опыт повторите для спектра второго порядка для лучей того же цвета.

5. Найдите среднее значение длины волны для каждого из монохроматических лучей и сравните с табличными данными.

Таблица Значения длин волн для некоторых цветов спектра

Таблица Результаты измерений и вычислений

Вычисления

1. Для спектра первого порядка: k=1 , d= , ℓ 1 =

а ф1 = , а з1 = , а кр1 =

Длина волны для спектра первого порядка:

- фиолетового цвета: , λ ф1 =

- зеленого цвета: , λ з1 =

- красного цвета: , λ кр1 =