Лабораторная работа № 13. Определение длины световой волны с помощью дифракционной решетки.

Объем учебного времени – 2 часа.

Цель работы: определение опытным путем длины волн фиолетового, зеленого и красного света.

В результате выполнения лабораторной работы студенты должны

знать:

- явление дифракции света;

- формулу дифракционной решетки;

уметь:

- определять длины световых волн с помощью дифракционной решетки.

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

Правила техники безопасности (Приложение Д).

Первый уровень

Основные теоретические положения

Рис.1 Прибор для определения длины волны

Основной частью прибора для определения длины волны (рис. 1) является дифракционная решетка 2, которая устанавливается в держателе 1, прикрепленном к концу линейки 3. На ней располагается черный экран 4 с узкой вертикальной щелью 5. На экране и линейке имеются (миллиметровые) шкалы. Экран может перемещаться вдоль линейки.

Оптическая схема установки представлена на рис. 2.

Рис.2

Если смотреть сквозь решетку и щель на источник света, то на черном фоне над шкалой экрана можно наблюдать дифракционные спектры по обе стороны от щели.

Формула дифракционной решетки d sin φ = kλ,

где d — период решетки (число штрихов на 1 мм длины решетки указано на ее оправе), например: ,

- угол дифракции,

k - порядок спектра,

- длина световой волны.

Выразим синус угла, под которым возникает дифракционный максимум 1-го порядка для длины волны при k = 1

.

Максимумы 1-го порядка наблюдают под малыми углами (рис.2), поэтому синусы углов можно заменить тангенсами, т. е. ,

где L — расстояние от решетки Р до щели Щ, l — расстояние от центра щели до полосы спектра на экране Э, соответствующей длине волны λ.

Следовательно, длину волны для спектра 1-го порядка определяем по формуле: (1)

Порядок выполнения работы.

Задание I: Определить опытным путем длины волн фиолетового, зеленого и красного света.

1. Установите экран на максимально возможном расстоянии от решетки.

2. Направьте ось прибора на источник света. Рассматривая щель в экране сквозь дифракционную решетку, наблю­дайте дифракционные спектры. Установите решетку в держателе так, чтобы полосы спектра располагались параллельно шкале экрана.

3. Измерьте расстояние l до фиолетового края спектра справа и слева от центра щели в экране. Найдите среднее значение l_ср.

4. Вычислите длину волны фиолетового света.

5. Выполните то же для зеленого и красного света.

6. Начертите таблицу 1 для записи результатов измерений и вычислений.

Таблица 1

Цвет излучения	lпр	lлев	lср	λ
	справа от щели	слева от щели
Фиолетовый
Зеленый
Красный

7. Занесите в таблицу 1 результаты измерений и вычислений.

8. Сравните полученные результаты с табличными значениями для длин волн фиолетового, зеленого и красного света (опорный конспект, тема: Дисперсия света).

9. Определите длину волны фиолетового света по дифракционному спектру 2-го порядка.

10. Сделайте вывод по результатам лабораторной работы.

Задание II: Оформить результаты измерений и вычислений в форме отчета по лабораторной работе в соответствии с Приложением Б.

Контрольные вопросы:

1. Почему дифракционные максимумы (кроме нулевого) окрашены?

2. Чем и почему отличается дифракционный спектр от дисперсионного?