Зажигают источник исследуемого излучения S. Вначале трубу Тр устанавливают вдоль прямой, совпадающей с осью коллиматора. В поле зрения трубы должна появиться яркая белая вертикальная линия – изображение щели. Её фокусируют с помощью окуляра и поворотом трубы выводят в центральное положение. На её ярком фоне можно увидеть метку-перекрестие, по которому в дальнейшем отмечают положение спектральных линий. После этих приготовлений на предметный столик гониометра ставят дифракционную решётку, плоскость которой должна быть перпендикулярна оси коллиматора. В поле зрения опять видна белая яркая линия, теперь это – центральный максимум дифрагировавших лучей. Плавно поворачивая трубу влево или вправо от центрального максимума, можно увидеть цветные линии дифракционного спектра. Совместив перекрестие с центром определённой линии, снимают отсчёт – её угловую координату – с помощью отсчётного микроскопа.
ЗАДАНИЯ, ИЗМЕРЕНИЯ И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ
Задание 1. а) Изучите правила отсчёта углов с помощью гониометра (см. инструкцию). В данной работе достаточно проводить отсчёт с точностью до 1 угловой минуты. Выпишите в тетрадь фокусное расстояние оптической трубы и увеличение её окуляра.
б) Рассчитайте по формуле (5) минимальное число штрихов, которое должна содержать дифракционная решётка, чтобы разрешить две жёлтые линии (
и 
) в спектре паров ртути первого порядка (m = 1).
Задание 2. Определите экспериментальным путём длины световых волн l в излучении паров ртути. Результаты измерений и расчётов занесите в таблицу.
Указание. 1) Зажгите источник излучения (ртутно-кварцевую лампу) и не гасите до окончания работы.
2) Получите чёткое изображение щели коллиматора (см. раздел “порядок работы”).
3) Установите дифракционную решётку так, чтобы её плоскость была перпендикулярна оси коллиматора. Тогда свет будет падать на неё нормально.
4) Наблюдая спектральные линии паров ртути, измерьте углы дифракции j для фиолетовой, зелёной и двух жёлтых линий в спектрах 1-го и 2-го порядков. Угол дифракции j равен 
, где 
и 
- угловые координаты (отсчёты) соответственно левого и правого максимумов.
5) Рассчитайте длины волн излучения паров ртути для фиолетовой, зелёной и двух жёлтых линий.
| Линии Спектра | Спектр 1-го порядка | Спектр 2-го порядка | lср | ||||||
|
|
| j | l [нм] |
|
| j | l [нм] | ||
| Фиолетовая | |||||||||
| Зелёная | |||||||||
| Жёлтая 1 | |||||||||
| Жёлтая 2 |
Задание 3. а) Рассчитайте по формулам (3,4) расстояние между жёлтыми линиями ( и ) в спектре паров ртути 1-го порядка для используемой в работе решётки (при расчёте можно принять cos j » 1, т. к. углы j малы).
Указание. Величину шага решётки вычислите из данных, указанных в паспорте решётки.
б) Оцените разрешающую способность R решётки для спектров 1-го и 2-го порядков. Отсюда рассчитайте минимальную разность 
длин волн, разрешаемых данной решёткой для области с длиной волны l = 600 нм (формула (5)).
Указание. Количество освещаемых штрихов N возьмите из данных, указанных в паспорте решётки.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. В чём состоит явление дифракции? При каких условиях его лучше наблюдать? В чём состоит метод зон Френеля?
2. В чём состоит различие дифракционных картин, полученных на экране в монохроматическом свете при дифракции параллельного пучка света на: 1) одиночной щели; 2) решётке? Каковы условия максимума и минимума освещённости экрана для каждого из этих случаев?
3. Что представляет собой дифракционный спектр? Чем отличаются друг от друга спектры 1-го и 2-го порядка?
4. Как будет меняться вид дифракционного спектра, полученного с помощью решётки, если увеличить: 1) период решётки; 2) количество щелей в решётке?
5. Назовите основные спектральные характеристики решётки. Выведите формулы угловой дисперсии решётки (3) и её разрешающей способности (5).
6. Сколько всего спектров получится на экране, если период решётки равен d= 3l? В каком из них будет наибольшей дисперсия?
7. Какими способами можно повысить разрешающую способность решётки? Линейную дисперсию?
8. Чем отличаются по внешнему виду спектры, полученные при помощи дифракционной решётки и призмы?