Херсонський національний технічний університет Кафедра загальної та прикладної фзики Дисципліна: фізика. Розділ ”Оптика” Гоголєва Т.П. 17.03.2004.

Лабораторна робота № 4-3

ВИЗНАЧЕННЯ ДОВЖИНИ ХВИЛІ СВІТЛА ЗА

ДОПОМОГОЮ ДИФРАКЦІЙНОЇ ГРАТКИ

Мета роботи: спостереження явища дифракції світла, знаходження довжини його хвилі.

Обладнання: лабораторна установка, дифракційна гратка, лінійка.

Теоретичні відомості

Явище дифракції принципово не відрізняється від явища інтерференції. Головним моментом там і тут є просторовий перерозподіл енергії світлової хвилі з утворенням зон максимумів та мінімумів інтенсивності. Там і тут відбувається взаємодія когерентних хвиль. Проте, при взаємодії декількох когерентних хвиль (або променів) вживається термін інтерференція, тоді як при взаємодії безлічі таких хвиль (або променів) – дифракція. При дифракції, спостерігається відхилення променів від прямолінійного розповсюдження. Промені потрапляють в області геометричної тіні, де створюється дифракційна картина у вигляді регулярно розташованих максимумів та мінімумів інтенсивності.

Дифракційна гратка у вигляді паралельного чергування прозорих та непрозорих (штрихів) смуг характеризується періодом - відстанню поміж сусідніми штрихами, або величиною - кількістю штрихів на одиницю довжини. Така гратка створює смугасту дифракційну картину симетричних (відносно центральної) паралельних смуг з чергуванням максимумів та мінімумів. Максимуми можна перенумерувати індексом , починаючи від центрального (). Цей індекс зветься порядком максимуму. Умовою появи -го максимуму інтенсивності монохроматичного світла на екрані є наступна:

(1)

де – кут під яким спостерігається максимум на екрані, - довжина хвилі світла. Чим більша довжина світла, тим більшим є кут спостереження. Тому при дифракції білого, немонохроматичного світла, спостерігається дисперсія – максимуми для різних довжин хвилі дещо зміщені один відносно одного.

Якщо кут відхилення не дуже великий (як для максимумів невеликого порядку), то замість синусу кута можна підставляти відношення , де - відстань поміж лівим та правим симетричними максимумами одного порядку , – відстань від дифракційної гратки до екрану (рис. 1). Остаточно для довжини хвилі:

(2)

Опис експериментальної установки

Установка складається з оптичної лави з мірною лінійкою, на якій розташовані джерело білого світла (1), оптична щілинна діафрагма (2), фокусуюча лінза разом з дифракційною граткою (3) та екран (4) (рис.2).

Порядок виконання роботи

1. Ввімкніть живлення електролампи-джерела білого світла. Пересуванням джерела , гратки та екрану досягніть на екрані оптимального зображення дифракційної картини.

2. Виміряйте відстань від гратки до екрану (). Занесіть в таблицю. Виміряйте відстань між симетричними максимумами одного порядку на екрані, спершу для максимумів першого, потім другого і аж до останнього чітко фіксованого порядку. Зробіть це для максимумів різного кольору (фіолетового, червоного, та зеленого).

3. Розрахуйте довжини хвиль кожного з трьох кольорів за формулою (2).

Обробка результатів

Результати вимірювань заносяться у таблицю №1.

Таблиця № 1

	Червоний			Зелений				Фіолетовий
	, мм	, мкм	мкм		, мм	, мкм	мкм		, мм	, мкм	мкм
1
2

Абсолютну похибку вимірювання довжини світлової хвилі обчислювати для кожного досліду за формулою:

(3)

де – інструментальна похибка лінійки.

Контрольні запитання

1. Поясніть сутність явища дифракції. Коли виникає дифракція?

2. Яка хвиля є монохроматичною? Які хвилі є когерентними?

3. Що таке порядок спектру?

4. Яка будова дифракційної гратки? Основні характеристики дифракційної гратки.

5. У чому причини дисперсії білого світла на дифракційній гратці? Яка картина буде спостерігатися на екрані у випадку монохроматичного світла?

Література

1. Бушок Г.Ф., Венгер Є.Ф. Курс фізики, т.2. – К.: Либідь, 2001.

2. Кучерук І.М., Дущенко В.П., Загальна фізика. Оптика. Квантова фізики. – К.: Вища школа, 1991.

3. Элементарный учебник физики, т.3, Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика. – М.: Наука, 1985.

4. И.В. Савельев. Курс общей физики. Т.2. Электричество и магнетизм. Волны, оптика. – М.: Наука, 1988. – 496 с.

5. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Оптика. – М.: Наука, 1980, – 751с.

6. Ландсберг Г.С. Загальний курс фізики, т.3, Оптика, Київ: Рад.школа,1961,-632 с.

стор. 1 з 4