лабораторная измерение длины волны с помощью дифр решетки. Измерение длины световой волны с помощью дифракционной решетки
 Скачать 25.27 Kb.
|
|
Лабораторная работа ИЗМЕРЕНИЕ ДЛИНЫ СВЕТОВОЙ ВОЛНЫ С ПОМОЩЬЮ ДИФРАКЦИОННОЙ РЕШЕТКИ Цель работы: измерить длину световой волны с помощью дифракционной решетки. Принадлежности: дифракционная решетка 1/ 100 , светофильтры, оптическая скамья, шкала со щелью, линейка, источник света. Краткая теория: Дифракционная решетка представляет собой совокупность большого числа очень узких параллельных щелей, разделенных непрозрачными промежутками. Общая ширина щели и непрозрачного промежутка называется периодом решетки. Например, если на дифракционной решетке имеется 100 штрихов на 1 мм, то период, или постоянная дифракционной решетки d =0,01 мм. Лучи, проходящие через решетку перпендикулярно ее плоскости, попадают в зрачок наблюдателя и образуют на сетчатке глаза обычное изображение источника света. Лучи, огибающие края щелей решетки (в соответствии с принципом Гюйгенса, каждую точку среды, до которой дошел волновой фронт, можно рассматривать как новый источник сферических волн) имеют некоторую разность хода, зависящую от угла . Если эта разность пропорциональна k , где k - целое число, то каждая такая пара лучей образует на сетчатке изображение источника, цвет которого определяется соответствующей длиной волны . Смотря сквозь решетку на источник света, наблюдатель, кроме этого источника, видит расположенные симметрично по обе стороны от него дифракционные спектры. Ближайшая пара спектров (1-го порядка) соответствует разности хода лучей, равной для соответствующего тона. Более удаленная пара спектров (2-го порядка) соответствует разности хода лучей равной 2 и т.д. Измерения: 1 вариант
Длина световой волны λ=Sd/Rk=0.0008*0.00001/0.1*1 d=0.01 мм=0,00001 м λ=Sd/Rk=0.02*0.00001/0.3*1 λ=Sd/Rk=0.033*0.00001/0.5*1 вывод: измерены длины световых волн с помощью дифракционной решетки. Контрольные вопросы Объясните дифракцию волн с помощью принципа Гюйгенса–Френеля. Принцип Гюйгенса-Френеля: волновое возмущение в некоторой точке Р можно рассматривать как результат интерференции когерентных вторичных вол, излучаемых каждым элементом некоторой волновой поверхности. волновое возмущение в некоторой точке можно рассматривать как результат интерференции когерентных вторичных вол, излучаемых каждым элементом некоторой волновой поверхности. Что называется дифракцией света? Объясните это явление. При каких условиях наблюдается дифракция света? Дифракцией света называется явление отклонения света от прямолинейного направления распространения при прохождении вблизи препятствий. Как показывает опыт, свет при определенных условиях может заходить в область геометрической тени. Дифракцию можно наблюдать при достаточно малом размере препятствия по сравнению с расстоянием до экрана Как изменится действие дифракционной решетки, если ее поместить в воду? В воде изменится длина волны - она станет короче. А вот решётка какая была - такой и останется Что такое интерференция света? Участвует ли это явление при образовании дифракционного спектра на щели или решетке? явление отклонения световых волн от прямолинейного распространения при прохождении света мимо края препятствия. При этом лучи могут попадать в область геометрической тени от препятствия. Между интерференцией и дифракцией нет существенного физического различия. Оба явления заключаются в перераспределении светового потока в результате наложения (суперпозиции) волн. Белый свет падает нормально на дифракционную решетку и на тонкую линзу большего диаметра. Объясните картины, образовавшиеся на экране при прохождении света через линзу и дифракционную решетку. Для наблюдения дифракционной картины на экране между ним и решёткой размещают собирающую линзу таким образом, чтобы экран находился в фокальной плоскости линзы. Собирающая линза фокусирует на экране падающие на неё параллельные лучи (вторичные волны). В зависимости от разности хода между вторичными волнами, испущенными разными щелями, они интерферируют друг с другом, усиливая или ослабляя друг друга. В тех направлениях, для которых разность хода равна чётному числу полуволн, наблюдается интерференционный максимум. В тех же направлениях, где разность хода равна нечётному числу полуволн, наблюдается интерференционный минимум. В итоге на экране мы наблюдаем дифракционную картину светлых и тёмных полос. Задачи 1. На щель шириной 0.05 мм падает нормально монохроматический пучок света (λ = 0,600 мкм). Определить угол отклонения лучей, соответствующих четвертой темной дифракционной полосе. Дано: а=5*10-5 м , λ=0,6*10-6 м, к=4 Решение: asinφ=kλ φ=arcsin kλ/a= arcsin4*0.6*10-6/5*10-5=0,68 2. Радиус 4-ой зоны Френеля для плоского волнового фронта равен 3 мм. Определите радиус 25-той зоны. R4=0.003 м r4=  R25=  R=2.5*0.003=0.075 м 3. Монохроматический свет (λ = 5000 Ǻ) падает нормально на круглое отверстие диаметром 1 мм. на каком расстоянии от отверстия должна находиться точка наблюдения, чтобы в отверстии помещалась одна зона Френеля, две зоны Френеля? Расстояния от краев соседних зон Френеля до точки наблюдения должны отличаться на λ/2. Расстояние от точки наблюдения до крайней точки отверстия будет равно L + nλ/2, где L - искомое расстояние, n - число зон Френеля, укладывающихся в отверстии. По теореме Пифагора получим d2/4 = (L + nλ/2)2 - L2 = Lnλ + n2λ2/4 ≈ Lnλ, L ≈ d2/(4nλ), что при d = 1 см = 1 · 10-2 м, n = 2, λ = 0,5 мкм = 5 · 10-7 м даёт L ≈ (1 · 10-2)2/(4 · 2 · 5 · 10-7) = 25 (м). 4. Определите постоянную дифракционной решетки, если на нее нанесено 12 000 штрихов, а длина решетки 2,0 см. Число штрихов на единицу длины решётки рано периоду этой решётки, который часто называют постоянной решётки d D=a/N=0.02/12000=2*10-6 м Дифракционная решетка имеет 200 штрихов на 1 мм. Одна из линий в спектре третьего порядка видна под углом 7° 57'. Определите длину волны этой линии. dsinφ=kλ d=200 1/мм=2*10-5 м φ=0,138 r k=3 λ=2*10-5*sin 0.138/3=1.6*10-8 м | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||