Экспериментальная установка и методика измерений

На рис. 2 схематически изображена экспериментальная установка. Установка смонтирована на оптической скамье, на которой укреплены последовательно: источник света (ИС), светофильтр (СФ), диафрагма (непрозрачная пластина с узким отверстием) со шкалой (Д), дифракционная решетка (ДР). Последовательность элементов и наличие их определяется условиями эксперимента.

Если через отверстие диафрагмы направить на ДР белый (светофильтр отсутствует) или монохроматический (светофильтр есть) свет, то за ДР (на рисунке справа от ДР) можно наблюдать дифракционную картину. Дифракционную картину можно наблюдать на экране или на сетчатке глаза наблюдателя. При визуальном наблюдении кажется, что лучи, приходящие в глаз под углом  к оси оптической системы, падают на ДР также под углом , то есть данный дифракционный максимум кажется расположенным на шкале диафрагмы на некотором расстоянии l от щели (см. рис. 3). Углы дифракции лучей можно определить из условия:

tg_k  , (2)

где l_k - расстояние между нулевым максимумом и максимумом порядка k; D - расстояние от плоскости дифракционной решетки ДР до плоскости диафрагмы Д.

По условиям эксперимента углы дифракции _k малы (составляют примерно 2º – 3º), поэтому можно считать, что tg_k  sin_k, и тогда sin_k  . В этом случае из (1) следует, что:

d  , (3)

или   . (4).

По этим формулам и определяется постоянная решетки или длина волны данного монохроматического света, дифракцию которого наблюдали в эксперименте.

Порядок выполнения работы

1. Установить на оптической скамье источник света, красный светофильтр (_КР  6,5×10 м  650 нм), диафрагму со щелью, дифракционную решетку.

2. Включив источник света, и передвигая дифракционную решетку вдоль оптической скамьи, найти такое положение, в котором дифракционная картина наблюдается наиболее отчетливо (один студент передвигает дифракционную решетку, а другой ведет наблюдение).

3. Определить по шкале расстояние между нулевым максимумом и максимумами 1-го, 2-го и 3-го порядков (l_k). Экспериментальные данные занести в табл. 1.

Таблица 1

Данные для определения постоянной дифракционной решетки

D = мм,  = нм

k	lk ЛЕВ, мм	lk ПР, мм	lk СР, мм	d, мм	dСР, мм
1
2
3
4

4. Измерить расстояние вдоль оптической оси от плоскости дифракционной решетки до плоскости диафрагмы со щелью D.

5. Рассчитать постоянную дифракционной решетки d по формуле (3). Результаты расчёта занести в табл. 1.

6. Заменить красный светофильтр зеленым светофильтром и повторить измерения пункта 3. Экспериментальные данные занести в табл. 2.

Таблица 2

Данные для определения длины волны (d  мм)

k	lk ЛЕВ, мм	lk ПР, мм	lk СР, мм	З, нм	З СР, нм
1
2
3
4