Определение длины световой волны с помощью

Дифракционной решетки.

 

Цель: с помощью дифракционной решётки  определить длину световой волны красных и фиолетовых лучей

 

Краткое теоретическое обоснование

Параллельный пучок света, проходя через дифракционную решетку, вследствие дифракции за решеткой, распространяется по всевозможным направлениям и интерферирует.

Белый свет по составу – сложный. Нулевой максимум для него – белая полоса, а максимумы высших порядков представляют собой набор семи цветных полос, совокупность которых называют спектром соответственно 1-го, 2-го, … порядка.

В работе для определения длины световой волны используется дифракционная решетка с периодом d = 0,01 мм. Она является основной частью измерительной установки, показанной на рисунке 1. Дифракционная решетка 1 устанавливается в держателе 2, который прикреплен к концу линейки 3. На линейке же располагается черный экран 4 с узкой вертикальной щелью 5 посредине. Экран может перемещаться вдоль линейки, что позволяет измерить расстояние между ним и дифракционной решеткой. На экране и линейке имеются миллиметровые шкалы. Вся установки крепиться на штативе 6.

Если смотреть сквозь решетку и прорезь на источник света (лампу накаливания или свечу), то на черном фоне экрана можно наблюдать по обе стороны от щели дифракционные спектры 1-го, 2-го и т.д. порядков.

 

Оборудование: прибор для определения длины световой волны, штатив для прибора, дифракционная решетка, лампа с прямой нитью накала в патроне со шнуром и вилкой.

 

                   

 

Рис. 1  Вид экспериментальной установки

1- дифракционная решетка, 2 - держатель, 3 - линейка,

4 - черный экран, 5 - щель в экране, 6 – штатив.

 

Порядок выполнения работы

1. Включить лампу,  установленную на демонстрационном столе.

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

Экран прибора установить на возможно большем расстоянии от дифракционной решетки и получить на нем четкое изображение спектров 1-го и 2-го порядков.

2. Измерить по шкале бруска расстояние «b»,  от экрана прибора до дифракционной решетки.

3. Определить расстояние от нулевого деления (0) шкалы экрана до середины фиолетовой полосы как слева «а», так и справа «а», для спектров 1-го порядка и вычислить среднее значение «а».

2 порядок           1 порядок          1 порядок        2 порядок

 

 

4. Такие же измерения выполнить и для красных полос дифракционного спектра.

5. Вычислить длину волны для красного и фиолетового спектра – первого порядка по формуле l = d ×  ., где l -

6. Опыт повторить со спектрами 2-го порядка.

 

7. Вычислить длину волны для красного и фиолетового спектра второго порядка по формуле    l = d × (n - порядок спектра, n = 2).

Результаты измерений и вычислений записать в таблицу 1.

 

Таблица 1 – Результаты измерений и расчетов

 

Период дифрак- ционной решётки d, мм	Порядок спектра  n	Расстоя ние от дифрак- ционной решётки до экрана b, мм	Видимые границы спектра фиолето- вых  лучей			Видимые границы спектра красных лучей			Длина световой волны
			Слева ал, мм	Справа ап, мм	Средняя аср, мм	Слева ал, мм	Справа ап, мм	Средняя аср, мм	Красных лучей к, мм	Фиоле- товых лучей ф,мм

 

Сравнить свой опытный результат с табличным диапазоном волн и сделать вывод.

Диапазон длин волн красного и фиолетового цвета:

 λ _кр  ≈ (800 ÷ 750) нм ≈ (8 ÷ 7,5) ∙ 10^-4 мм ≈ (8 ÷ 7,5) ∙ 10^-5 см ≈ (8 ÷ 7,5) ∙ 10^-7 м  

 λ _ф ≈ (400 ÷ 450) нм ≈ (4 ÷ 4,5) ∙ 10^-4 мм ≈ (4 ÷ 4,5) ∙ 10^-5 см ≈ (4 ÷ 4,5) ∙ 10^-7 м   

 

Если результат опыта выходит за пределы табличных данных, опыт повторить.

Контрольные вопросы

1.Что такое длина световой волны?

2.Что такое дифракционная решетка, чему равна её постоянная?

3. Объясните дифракцию света.

 

Лабораторная работа  9