Лабораторна робота №7

ВИВЧЕННЯ ДИФРАКЦІЙНОЇ РЕШІТКИ ТА ВИЗНАЧЕННЯ ДОВЖИНИ СВІТЛОВОЇ ХВИЛІ

Мета роботи: Вивчити дифракційну картину, одержану за допомогою дифракційної решітки, визначити довжину світлової хвилі.

Обладнання: дифракційна решітка з періодом 1/1000 см, джерело світла ртутно-кварцева лампа, гоніометр.

ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

Найбільш важливе практичне значення має дифракція, яка спостерігається при проходженні світла через дифракційну решітку. Під дифракційною решіткою розуміють систему паралельних однакових щілин, розташованих на однаковій відстані одна відносно іншої.

У випадку нормального падіння світла на прозору дифракційну решітку положення головних дифракційних максимумів визначається рівністю

d · sinφ = m ·λ.,

де d - період (або стала) решітки; φ- кут дифракції, тобто кут між нормаллю до решітки та напрямом на дифракційний максимум; λ – довжина світлової хвилі; m – порядок максимуму (m = 0; ±1; ±2;…); d = а + b, де b - ширина щілини, а – відстань між двома сусідніми щілинами.

Якщо на решітку падає потік білого світла, то при тому ж самому значенні m ≠ 0 кути дифракції φ будуть не однаковими для різних значень довжин хвиль λ, тобто спостерігатиметься розкладання білого світла в спектр. При m = 0 умова максимуму задовольняється для всіх довжин хвиль, тобто при φ = 0 спостерігається центральна світла смуга.

З умови дифракційного максимуму: d · sinφ = ± m·λ. Можна визначити довжину світлової хвилі випромінювання, якщо виміряти кут її дифракції.

ОПИС УСТАНОВКИ

Гоніометр використовують для точного відліку кутів відхилення світових променів. Оптична частина гоніометра складається із коліматора К та зорової труби А. (рис. 4).

Рис.4

Від джерела S світло проходить в коліматор через вертикальну щілину, ширина якої регулюється гвинтом X. Щілина знаходиться в головному фокусі лінзи L₀, тому промені виходять із коліматора паралельно головній оптичній вісі пучком. Зорова труба А складається із об’єктива L₁ і окуляра L₂. В фокальній площині окуляра є візирна щілина, яку встановлюють паралельно щілині - вертикально. Різкість зображення одержують зміщенням окуляра L₂ вздовж оптичної вісі.

Механічна частина гоніометра складається із масивної основи з лімбом, яка крутиться навколо вертикальної вісі разом із зоровою трубою. На лімбі розміщені діаметрально протилежні ноніуси N, які дають можливість визначити кут повороту лімба з точністю до 1. Над лімбом знаходиться столик, на якому встановлюється дифракційна решітка D.

Перед виконанням вимірювань необхідно налагодити гоніометр в певній послідовності.

Установка труби на нескінченність:

1.3а допомогою гвинтів-ніжок встановити лімб гоніометра горизонтально.

2.Навести візирну нитку на який-небудь віддалений вертикальний предмет (через вікно). Зміщуючи окуляр вздовж оптичної вісі, досягти того, щоб при чіткому зображенні нитки і предмета не спостерігався паралакс, тобто при невеликому зміщенні ока вліво або вправо нитка не змінювала свого положення відносно вибраного об’єкта.

3.Встановити коліматор і зорову трубу так, щоб їхні оптичні вісі співпадали.

4.3міщуючи щілину вздовж вісі, досягти чіткого її зображення при спостеріганні її через зорову трубу.

ВИКОНАННЯ РОБОТИ

Завдання 1: Спостереження дифракційної картини за допомогою дифракційної решітки

Для цього перед щілиною розміщують ртутно-кварцеву лампу, яка живиться від ЛАТРа. На столик ставлять дифракційну решітку з періодом 1/1000 см. Штрихи решітки повинні бути паралельні щілині, а площина решітки - перпендикулярна оптичній вісі коліматора. Зміщуючи трубу вправо, а потім вліво, спостерігають дифракційну картину, одержану за допомогою дифракційної решітки. Результати спостереження описати.

Завдання 2: Визначення довжини світлової хвилі

На столик ставлять решітку з періодом 1/1000 см^-1. Знаходять нульовий максимум.

Повертаючи зорову трубу вліво від нульового максимуму до співпадання нитки з фіолетовою лінією спектру в першому максимумі фіксують положення нуля ноніуса N′₁.

Потім аналогічно повертають зорову трубу ноніуса вправо до співпадання нитки з фіолетовою лінією спектру в першому максимумі і фіксують нове положення нуля ноніуса N′′₁.

Знаючи період решітки сі можна обчислити довжину хвилі фіолетової ділянки спектру по формулі:

d · sinφ = k ·λ,

де де к = 0, 1, 2,... - порядок спектру.

Таким же чином знаходять середнє значення кутів відхилення в спектрі другого порядку.

Для кожного знаходять довжини хвилі. Таким же чином знаходять довжину хвилі зеленого та жовтого спектрів.

Дані дослідів заносять в таблицю 1:

Таблиця 1.

Ділянка спектру	Порядок спектру к	Період решітки d	N′k	N′′k	φk	λ
Фіолетовий
Зелений
Жовтий

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

1. Що розуміють під дифракційною решіткою?

2. Принцип дії гоніометра.

3. Для яких променів кут дифракції в спектрі т-го порядку більший - для
фіолетових чи червоних?

4. Як впливає значення сталої дифракційної решітки на дифракційний спектр?

5. Одержати умову дифракційного максимуму при умові, що світло падає під
кутом до дифракційної решітки.

6. Від чого залежить роздільна здатність дифракційної решітки?

Дата добавления: 2015-06-04