Определение длины световой волны
 Скачать 306.5 Kb.
|
|
Приднестровский Государственный Университет имени Т. Г. Шевченко Кафедра общей и теоретической физики Лаборатория общего физического практикума Раздел: ОПТИКА Лабораторная работа № 4.09 Тема: Определение длины световой волны при помощи дифракционной решетки Тирасполь, 2022 Тема: Определение длины световой волны при помощи дифракционной решётки Цель работы: Изучение дифракционных явлений лазерного света от щели и дифракционной решетки. Определение длины волны лазерного излучения. Приборы и принадлежности: дифракционная решетка, экран, газовый оптический квантовый генератор ЛГ-209. КРАТКАЯ ТЕОРИЯ Явление дифракции света состоит в отклонении световых волн от прямолинейного пути в случае прохождения света через малые отверстия или мимо малого непрозрачного экрана (препятствия) в оптически однородной среде.  Дифракция световых волн наблюдается, если размеры отверстий или препятствий одного порядка с длиной световых волн или, место наблюдения находится на большом расстоянии от отверстия или препятствия. Интересный случай дифракции получается при использовании дифракционных решеток Дифракционные решетки бывают прозрачные и отражательные. Первые представляют собой последовательность параллельных щелей равной ширины, разделенных также равными по ширине непрозрачными промежутками. В отражательных решетках щели заменены зеркальными полосками. Принято называть периодом или постоянной решетки сумму размеров прозрачной "а" и непрозрачной "b" полос.  Пусть на дифракционную решетку падает нормально свет с длиной волны  . Проходя через узкие прозрачные полоски решетки, свет испытывает дифракцию, т.е. отклоняется от первоначального направления. Отклонения лучей происходит под разными углами. Рассмотрим лучи, которые составляют угол  с нормалью к решетке.Каждую щель дифракционной решетки можно считать самостоятельным источником колебаний. На экране в фокальной плоскости линзы будет происходить сложение многочисленных пучков лучей, проходящих в различные точки экрана с различными фазами колебаний. Другими словами, вследствие явления дифракции (отклонение лучей на различные углы) произойдет интерференция световых лучей. Если источник света испускает свет различных длин волн, то в результате интерференции на экране появляется изображение щелей решетки, окрашенных в различные цвета (максимумы света). Если источник света дает монохроматическое излучение (как в нашем случае), то изображение щелей на экране (световые максимумы) будут окрашены в один цвет. Кроме цветных изображений щелей наблюдается и темные полосы - места, где в результате интерференции произошло полное гашение световых волн (световые минимумы). Совокупность максимумов носит название дифракционных спектров. Решение задачи дифракции заключается в нахождении распределения освещенности на экране в зависимости от размеров и формы препятствий или отверстий. Рассмотрим лучи, составляющие угол с нормалью к решетке (см. рисунок 1).Разность хода между лучами I и I' равна:  Этой разности хода соответствует разность фаз между этими лучами:  Если  то  - лучи I и I' приходят в одинаковых фазах и усиливают друг друга. Таким образом, условие образования максимумов имеет вид:  (1)или d sin  , где n = 0,±1, ±2,... .Решая (1) относительно , получим  (2)Это выражение является основной расчетной формулой для вычисления длины световой волны при помощи дифракционной решетки. Из (1) следует, что при  на экране получается максимум, называемый нулевым. При по обе стороны нулевого максимума возникают два дифракционных максимума первого порядка. Интенсивность максимумов постепенно убывает. Число дифракционных спектров ограничено и определяется условием:  Для определения длины волны излучения лазера воспользуемся формулой  И  з рисунка видно:   Установка схематично изображена на рисунке:  l ход работы Включают газовый оптический квантовый генератор в сеть. Устанавливают дифракционную решетку и экран так, чтобы на экране получилось четкое изображение центральной полосы и полос 1-го порядка. Измеряют расстояние от экрана до дифракционной решеткиl. Измеряют линейкой на экране расстояние между серединами полос 1-го порядка - x1. Таким же способом измеряют расстояние x2 и x3 для полос 2-го и 3-го порядков. Полученные значения l, x1, x2 и x3 подставляют в формулу и определяют длину световой волны:  где d - постоянная дифракционной решетки d = 0,01 мм , n - порядок спектра. Измерения произвести для трех разных положений дифракционной решетки от экрана Все полученные измерения и вычисления заносят в таблицу. Таблица
ВОПРОСЫ ДЛЯ ДОПУСКА В чем состоит явление дифракции? Объясните, как происходит дифракция от одной щели. Что такое дифракционная решетка. Напишите формулу дифракционной решетки. Что представляет собой дифракционная картина? Контрольные вопросы Как изменяется дифракционная картина от 2-х щелей по сравнению с дифракционной картиной от 1-ой щели? Объясните явление, которое наблюдается, если осветить дифракционную решетку пучком параллельных, когерентных лучей, падающих перпендикулярно к поверхности решетки. В чем состоит различие между спектрами, полученными при помощи призмы и дифракционной решетки. Как изменится дифракционная картина, если закрыть половину решетки? Одну четверть ее? Литература Ландсберг Г.С.. Оптика.- М.: Высшая школа, 1976 Корсунский И.И. Оптика, строение атома, атомное ядро.- М.: Высшая школа, 1964. Фриш С.Э.. Курс общей физики.- М.: Высшая школа, 1961. Трофимова Т.И. Курс физики.- М.: Высшая школа, 1997. Калашников С.Г. Электричество, - М.: Высшая школа, 1985. Савельев И.В. Курс физики. Т.I-III .- М.: Наука, 1989. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики.- М.: Высшая школа, 2002. Телескин Р.В. Курс физики. Электричество. - М.: Просвещение, 1979. Иверонов В.И. Физический практикум.- М.: Наука, 1967. Рублев Ю.В. Практикум по электричеству. - М.: Высшая школа, 1971. Кортнев А.В. Практикум по физике. - М.: Высшая школа, 1965. Авдусь З.И. Практикум по общей физике. - М.: Просвещение, 1971. Мойсова Н.Н. Практикум по курсу общей физики. – М.: Росиздат, 1963. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||