ВКЛ / ВЫКЛ: ИЗОБРАЖЕНИЯ: ШРИФТ: A A A ФОН: Ц Ц Ц Ц

ИНФОФИЗ - мой мир...

Весь мир в твоих руках - все будет так, как ты захочешь

ИНФОФИЗ - мой мир...

Весь мир в твоих руках - все будет так, как ты захочешь

МЕНЮ

Как сказал...

Велик тот учитель, кто исполняет на деле, чему учит. Катон Старший

Тестирование

Тема: Определение длины волны светового излучения с помощью дифракционной решётки

Цель: Познакомиться на опыте с явлением многолучевой интерференции световых волн. Используя решётку с известным расстоянием между штрихами измерить длину волны светового излучения.

Оборудование:

  1. Штатив.
  2. Дифракционная решётка 100 штрихов на мм.
  3. Измерительная лента.

Теория

Дифракция волн - огибание волнами различных препятствий (неоднородностей).

Препятствия нарушают прямолинейность распространения фронта волны.

Дифракция волн свойственна всякому волновому движению; проявляется особенно отчетливо в случаях, когда размеры препятствий меньше длины волны или сравнимы с ней, однако проявляется всегда. Для увеличения яркости дифракционной картины нужно пропускать свет через несколько параллельных щелей. В этом случае кроме явления дифракции будет происходить ещё и явление интерференции, т.к. лучи, идущие от всех лучей, оказываются когерентными.

Когерентными называются волны, имеющие одинаковую частоту и постоянную разность фаз.

Большое число параллельных и очень близко расположенных узких щелей, которые пропускают или отражают свет, называют дифракционной решёткой.

Дифракционные решетки с различным числом щелей на 1 мм:

Дифракционные решетки с различным числом щелей на 1 мм

Параллельный пучок света с длиной волны λ, 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:

Дифракционный спектр

Максимумы света наблюдаются в точках экрана, для которых выполняется условие максимума:

Дифракция на дифракционной решетке   

Условие максимума: на разности хода волн укладывается четное число полуволн (целое число длин волн): Δ=k·λ,  (1)

где  Δ=АС - разность хода волн; λ - длина световой волны; k - номер максимума.

Дифракция на дифракционной решетке

Центральный максимум (в точке О) называют нулевым; для него Δ=0. Слева и справа от него располагаются максимумы высших порядков. Условие возникновения максимума можно записать иначе:

d·sinφ=k·λ

где k=0; ± 1; ± 2; ± 3...

Здесь d - период дифракционной решётки в мм, φ - угол, под которым виден световой максимум k-го порядка в точке N на расстоянии а от нулевого максимума, а λ - длина волны.

Так как углы дифракции малы, то для них можно принять: sinφ ≈ tgφ, а tgφ=a/b.

Поэтому: Дифракция на дифракционной решетке , и искомая длина световой волны равна Дифракция на дифракционной решетке (2)

В данной работе формулу (2) используют для вычисления длины световой волны.

Из условия максимума следует sinφ=(k·λ)/d .

   Пусть k=1, тогда sinφкркр/d и sinφфф/d.

   Известно, что λкрф следовательно sinφкр>sinφфТ.к. y= sinφф - функция возрастающая, то φкрф

   Поэтому фиолетовый цвет в дифракционном спектре располагается ближе к центру.

Между максимумами расположены минимумы освещенности. Чем больше общее число щелей и чем ближе друг к другу они расположены, тем более широкими промежутками разделены максимумы.

Картина дифракции лазерного излучения красно цвета на решётках с различным числом щелей на 1 мм:

Картина дифракции лазерного излучения красно цвета на решётках с различным числом щелей на 1 мм

Ход работы

  1. Перенести рисунок в тетрадь.

Дифракция на дифракционной решетке 

  1. Подготовить таблицу для записи результатов измерений:

Порядок спектра,

цвет

k

Постоянная 
решётки,

d

мм

Расстояние от решётки до экрана,

b

мм

Расстояние от нулевого максимума до максимума k-порядка

а

мм

Длина волны,

нм

Средняя длина волны

нм

Относительная погрешность
измерения

δ

%

1-ый, красный

1:100=0,001

         

2-ой, красный

1:100=0,001

     

1-ый, фиолетовый

1:100=0,001

         

2-ой, фиолетовый

1:100=0,001

     
  1. Укрепить в штативе линейку с экраном и закрепить на направляющей линейки дифракционную решётку.
  2. Установить расстояние от решётки до экрана 40 см (b).Результат записать в таблицу.
  3. Смотря через дифракционную решётку, направить прибор на источник света. Пронаблюдать спектр:

Дифракционный спектр

Измерить на экране расстояние а между нулевым максимумом и максимумом 1-го  порядка для красного света.  Результат записать в таблицу.

  1. Измерить на экране расстояние а между нулевым максимумом и максимумом 2-го порядка для красного света. Результат записать в таблицу.
  2. Повторить опыт, измерив на экране расстояние а между нулевым максимумом и максимумом 1-го и 2-го порядка для фиолетового света. Результат записать в таблицу.
  3. По формуле  Дифракция на дифракционной решетке рассчитать длину волны излучения.
  4. Найти среднее значение длины волны светового излучения для красного λкр ср=( λкр1+λкр2)/2
     и фиолетового света   .λф ср=( λф1+λф2)/2 

 

  1. Зная истинное значение длины волны лазерного излучения , рассчитать относительную погрешность измерений:

δ=( λкр ср λкр табл)/λкр табл *100%       и δ=( λф ср λф табл)/λф табл *100%

Диапазон длин волн, нм

Красный 625—740 нм (λкр табл= 680 нм)

Фиолетовый 380—440 нм (λф табл = 410 нм)

  1. Записать вывод по результатам выполненной работы.
  2. Ответить письменно на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

  1. Какие волны называются когерентными?
  2. В чём заключается явление дифракции?
  3. Какие свойства света подтверждает дифракция света?
  4. При каких условиях наблюдается дифракция света?
  5. Как образуется дифракционный спектр?
  6. Почему максимумы располагаются как слева, так и справа от нулевого максимума?
  7. В чём разница в дифракционных картинах решёток с 50 и 300 штрихами на одном миллиметре?
Яндекс.Метрика
© 2018. Dudko Elena | Infofiz.ru 2011-2018 All rights reserved Все права защищены. Дудко Елена. Все материалы взяты из открытых источников и представлены исключительно в ознакомительных целях, только на локальном компьютере. Все права на статьи, книги, видео и аудио материалы принадлежат их авторам и издательствам. Любое распространение и/или коммерческое использование без разрешения законных правообладателей не разрешается. .