Визначення довжини світлової хвилі з допомогою дифракційної решітки

Мета: Дослідним шляхом визначити довжину світлової хвилі.

Обладнання: 1. Прилад для визначення довжини світлової хвилі. 2. Підставка для приладу. 3. Дифракційна решітка. 4. Лампа з прямою ниткою розжарення в патроні зі шнуром і вилкою.

В результаті виконання лабораторної роботи студент повинен

знати: визначення та закономірності явищ дифракції, інтерференції світла, формулу для визначення довжини світлової хвилі з допомогою дифракційної решітки;

вміти: користуючись дифракційною решіткою визначати довжину світлової хвилі.

Теорія. Паралельний пучок світла, проходячи крізь дифракційну решітку, внаслідок дифракції за решіткою, поширюється в усіх можливих напрямках і інтерферує. На екрані встановленому на шляху інтерферуючого світла, можна спостерігати інтерференційну картину. Максимум світла спостерігається в точках екрана, для яких виконується умова:

=n (1)

де - різниця ходу хвиль; - довжина світлової хвилі; n - номер максимума.

Центральний максимум називають нульовим, для нього =0. Зліва і справа від нього розміщуються максимуми вищих порядків.

Умову виникнення максимуму (1) можна записати ще так: n d Тут d - період дифракційної решітки; - кут під яким видно світловий максимум. Так як кути дифракції, як правило, малі, то для них можна прийняти tg а tg =а/b. Тому n = dа/b (2).

В даній роботі формулу (2) використовують для обчислення довжини світлової хвилі.

ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

1. Зібрати установку, зображену на малюнку.

2. Встановити на демонстраційному столі лампу і ввімкнути її.

3.Дивлячись через дифракційну решітку, направити прилад на лампу, так, щоб через вікно екрана приладу було видно нитку лампи.

4.Екран приладу встановити на можливо більшій відстані від дифракційної решітки і отримати на ньому чітке зображення спектрів І і II порядків.

5. Виміряти за шкалою бруска установки відстань "b" від екрана приладу до дифракційної решітки.

6. Визначити відстань від нульової поділки "0" шкали екрана до середини фіолетової смуги як зліва "а_л", так і справа "а_п" для спектрів першого порядку і обчислити середнє значення а_ср.

7. Дослід повторити зі спектром II порядку.

 

 

8. Такі ж вимірювання виконати і для червоних променів дифракційного спектру.

9. Обчислити за формулою (2) довжину хвилі фіолетового світла для спектрів І і II порядків, довжину хвилі червоного світла І і ІІ порядків.

10.Результати вимірювань і обчислень записати в таблицю.

 

№ п/п	Період дифракційної решітки d, мм	Порядок спектра, n	Видимі межі фіолетового світла середнє, аф, мм	Видимі межі червоного світла середнє, ач, мм	Відстань від решітки до екрана, b, мм	Довжина світлової хвилі фіолетового кольору, ф, мм	Довжина світлової хвилі червоного кольору, ч, мм

 

 

Контрольні запитання.

1. Чому нульовий максимум дифракційного спектра білого світла ‒ біла смуга, а максимум вищих порядків ‒ набір кольорових смуг?

2. Чому максимуми розміщуються як зліва, так і справа від нульового максимума?

3. В яких точках екрана отримуються І, II, III максимуми?

4. Який вигляд має інтерференційна картина у випадку монохроматичного світла?

5. В яких точках екрана отримується світловий мінімум?

6. Яке значення має ширина і число щілин дифракційної решітки?

7. Чому дорівнює різниця ходу світлових променів ( =0,49 мкм), що дає 2-й максимум в дифракційному спектрі? Визначте частоту цього випромінювання.

Домашня робота. Розв'язати задачі (2) № 25.36, № 25.38.

Покладіть горизонтально на рівні очей грамплатівку чи комп’ютерний диск. Опишіть і поясніть явища, що спостерігаєте.

 

Таблиці

1. Фундаментальні фізичні константи.

Гравітаційна постійна	G=6,6720 10^-11 Н м^2/кг^2
Прискорення вільного падіння	gн=9,81 м/с^2
Нормальний атмосферний тиск	р0=101325 Па
Постійна Авогадро	NА=6,022 10^23 моль^-1
Універсальна газова постійна	R=8,31 Дж/(моль К)
Постійна Лошмідта	NL=2,7 10^25 м^-3
Постійна Больцмана	k= 1,38 10^-23 Дж/К
Швидкість світла у вакуумі	с=3 10^8 м/с
Магнітна постійна	0=4 10^-7Гн/м
Електрична постійна	0=8,85 10^-12 Ф/м
Маса спокою електрона	mе=9,1 10^-31 кг
Маса спокою протона	mр=1,673 10^-27кг
Маса спокою нейтрона	mn=1,675 10^-27 кг
Атомна одиниця маси	1 а.о.м=1,66 10^-27кг
Елементарний заряд	е=1,6 10^-19 Кл
Постійна Фарадея	F=9,65 10^4 Кл/моль
Постійна Планка	h=6,63 10^-34 Дж с
Постійна Рідберга	R=10973731,77 м^-1
Радіус першої боровської орбіти	ао=0,52917706 10^-10м

 

 

2. Густини деяких речовин   Речовина р, кг/м^3 Речовина р, кг/м^3 Тверді речовини Алмаз 3,5 10^3 Ніхром 8,3 10^3 Алюміній 2,7 10^3 Олово 7,3 10^3 Вольфрам 1,93 10^4 Парафін 9,0 10^2 Германій 5,32 10^3 Платина 2,15 10^4 Графіт 2,1 10^3 Кухонна сіль 2,1 10^3 Залізо, сталь 7,8 10^3 Полоній 9,28 10^3 Золото 1,93 10^4 Пробка 2,4 10^2 Іридій 2,24 10^4 Свинець 1,14 10^4 Цегла 1,8 10^3 Срібло 1,05 10^4 Константан 8,9 10^3 Слюда 2,8 10^3 Латунь 8,5 10^3 Скло 2,5 10^3 Лід (0°С) 0,9 10^3 Кам'яне вугілля 1,4 10^3 Манганін 8,5 10^3 Уран 1,87 10^4 Мідь 8,9 10^3 Фарфор 2,3 10^3 Нікелін 8,8 10^3 Чавун 7,4 10^3 Нікель 8,9 10^3 Ебоніт 1,2 10^3 Рідини (при 293 К) Анілін 1,02 10^3 | Масло мінеральне 9,2 10^2

 

Бензин	7,0 10^2	Олія оливкова	9,2 10^2
Бензол	9 10^2	Нафта	8-9 10^2
Вода при 277 К	1,0 10^3	Нітробензол	1,2 10^3
Вода при 373 К	0,958 10^3	Ртуть при 273 К	1,36 10^4
Важка вода при 284,23 К	1,106 10^3	Скипідар	8,7 10^2
Гліцерин	1,2 10^3	Спирт етиловий	7,9 10^2
Гас	8,0 10^2	Ефір сірчаний	7,1 10^2
Гази (при нормальних умовах)
Азот	1,25	Криптон	3,74
Аміак	0,77	Ксенон	5,85
Аргон	1,78	Метан	0,72
Ацетилен	1,17	Неон	0,90
Повітря	1,29	Світильний газ	0,73
Водень	0,09	Вуглекислий газ	1,98
Гелій	0,18	Хлор	3,21
Кисень	1,43
3. Модуль пружності деяких речовин
Речовина	Е, ГПа	Речовина	Е, ГПа
Алюміній		Мідь
Бетон		Свинець	17
Залізо		Сталь	220
Цегла		Чавун
Латунь