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 b_л, так и справа b_п, для спектров 1-го порядка и вычислить среднее значение b_ср

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:

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.