1.6. Требования по технике безопасности по окончании работ

6.1. После окончания лабораторной работы схема должна быть обесточена, сняты соединительные провода, источники излучения отключены, убрано рабочее место.

6.2. Дежурные сдают оборудование в лабораторию, наводят порядок в лаборатории и ставят в известность преподавателя.

1.7 Меры пожарной безопасности

1.7.1 В помещении лаборатории запрещается:

– хранить легко воспламеняющиеся жидкости;

– перегружать силовую и предохранительную сеть;

– применять источники открытого огня;

– пользоваться электронагревательными приборами;

– развешивать плакаты на сетевую и осветительную сеть;

– загромождать проходы.

1.7.2 О всех нарушениях правил пожарной безопасности сообщать преподавателю. В случае возникновения пожара немедленно начать эвакуацию людей из лаборатории, принять меры по ликвидации пожара, поставить в известность преподавателя и пожарную службу.

Вызов пожарной команды – по телефону 01.

1.7.3 За нарушение правил и норм пожарной безопасности виновные несут ответственность в соответствии с законодательством Республики Беларусь.

2 Указания по составлению отчёта

Отчёт по лабораторной работе должен быть выполнен на листах писчей бумаги формата А4 или на тетрадном (двойном) листе того же формата.

На титульном листе отчёта указывается:

• вверху – название колледжа, лаборатории;

• посередине – Отчёт по лабораторной работе…. Затем следует название работы;

• внизу слева – выполнил учащийся группы… и фамилия исполнителя;

• внизу справа – проверил, фамилия преподавателя.

Вся информация: текстовая и графическая выполняется чернилами одно цвета, включая таблицы, рисунки и графики, выполненные на миллиметровой бумаге.

2.1 Содержание отчета

1. Дата выполнения работы

2. Наименование работы и ее номер

3. Цель работы и перечень оборудования

4. Схема или зарисовка установки

5. Расчетные формулы

6. Таблица результатов измерений и вычислений

7. Обработка результатов измерений и определение абсолютной и относительной погрешностей измерения

8. Выводы

Лабораторная работа № 2.1 Измерение длины световой волны с помощью дифракционной решётки

Цель работы:

• изучить работу дифракционной решётки в качестве спектрального прибора;

• определить длины волн света различных цветов при помощи дифракционной решётки;

• рассчитать дисперсию и разрешающую способность дифракционной решётки.

Приборы и оборудование: оптическая скамья с щелью и дифракционной решёткой, источник света.

Физическое обоснование эксперимента

Дифракционная решётка – это оптический прибор, представляющий собой ряд прозрачных щелей одинаковой ширины, разделённых одинаковыми непрозрачными промежутками. На поверхности стекла резцом прочерчивают ряд параллельных штрихов на одинаковых расстояниях друг от друга. Места, обработанные резцом, рассеивают свет и являются непрозрачными, а необработанные места являются очень узкими дифракционными щелями, пропускающими свет. Описанный прибор представляет собой прозрачную дифракционную решётку, прохождение лучей света через которую представлено на рисунке 1.1. Здесь b – ширина прозрачного промежутка (щели), d – период дифракционной решётки, включающий суммарную ширину щели и непрозрачного участка решётки.

Аналогично устроены отражательные дифракционные решётки, в которых свет отражается от узких, аналогичных щелям, участков поверхности, в то время как соседние промежутки между ними свет не отражают. Лучшие дифракционные решётки, изготовляемые в настоящее время, имеют 1200, 1800 и даже 2400 штрихов на 1 мм.

Дифракционная решётка длиной l имеет, очевидно,

щелей, проходя через которые, свет дифрагирует, отклоняясь от своего первоначального направления. Рассмотрим дифракцию от N щелей. После прохождения света через систему одинаковых щелей пучки света, дифрагирующие от отдельных щелей, фокусируются линзой и интерферируют между собой в фокальной плоскости линзы. Таким образом, дифракция представляет собой многолучевую интерференцию этих пучков, число которых равно числу щелей, то есть N.

Пусть свет с длиной волны падает на решётку нормально (рисунок 1.1). За щелями в результате дифракции свет распространяется по различным направлениям, характеризуемым углом дифракции , т.е. углом между нормалью к решётке AD и направлением луча AC. Как видно из рисунка 1.1, разность хода между лучами, дифрагировавшими из точек A и B, равна

.

Этой разности хода соответствует разность фаз между лучами

.

Если , где, т.е. лучи приходят в одинаковых фазах, то, и сложение лучей приводит к усилению интенсивности света. Таким образом, условие образования максимумов интенсивности света, дифрагировавшего под углом, будет иметь вид

,.

Максимумы, удовлетворяющие условию , называются главными. Кроме направлений, в которых возникают главные максимумы, возможны направления, в которых свет, посылаемый различными щелями, взаимно гасится. Можно показать, что этим направлениям соответствует разность хода ,, и т.д. В этих направлениях располагаютсяминимумов интенсивности света, которые разделенывторичными максимумами, интенсивность которых значительно меньше интенсивности главных максимумов.

Согласно условию при получаем . На экране получается дифракционный максимум, называемый нулевым. В этом направлении () имеют максимальную интенсивность все длины волн. Это значит, что в этом направлении разложения белого света в спектр не наблюдается. При по обе стороны от нулевого возникают два главных дифракционных максимума первого порядка. Эти максимумы, а также главные максимумы более высоких порядков (, и т.д.) при освещении дифракционной решётки белым светом разлагаются в спектры. Интенсивность спектров постепенно убывает. Спектры более высоких порядков частично перекрывают друг друга.

Схема установки для измерения длины волны света при помощи дифракционной решётки представлена на рисунке 1.2.

На оптической скамье 1 передвигается кронштейн 2, в котором закреплена дифракционная решётка 3. На противоположном конце оптической скамьи установлена щель 5, под которой закреплена шкала 4 с делениями. Щель освещается источником света 6. Это может быть ртутная лампа, имеющая линейчатый спектр с длинами волн, характерными для ртути (404,66 нм – фиолетового, 435,83 нм – синего, 546,07 нм – зелёного, 576,96 и 579,06 нм – жёлтого цветов). В данной работе в качестве источника света используется лампа накаливания, дающая сплошной спектр.

Если смотреть через дифракционную решётку на освещённую белым светом щель (см. рисунок 1.3), то можно считать, что все лучи от щели падают на дифракционную решётку нормально. Кроме самой щелиA по сторонам над шкалой 4 будут видны дифракционные спектры в виде цветных полос.

Рассмотрим схему образования дифракционных изображений щели. Пусть некоторая дифракционная полоса (например, зелёная) находится на расстоянии от щели. Из рисунка 1.3 видно, что, где– расстояние от щели до решётки. Так как угол мал, можно с достаточной степенью точности заменить на:. Сравнив последнее выражение с формулой , получим

,

где m – порядок спектра.

Основными характеристиками дифракционной решётки, как и любого спектрального прибора, являются угловаядисперсияиразрешающая способность.

Угловая дисперсия определяет угловое расстояниемежду линиями, отличающимися по длине волны на,

и выражается в угловых единицах на 1 ангстрем (). Для дифракционной решётки

.

Для небольших углов дифракции и

.

Возможность разрешения (т.е. раздельного восприятия) двух близко расположенных по шкале длин волн спектральных линий зависит не только от расстояния между ними (которое определяется дисперсией оптического прибора), но также и от ширины спектрального максимума. Согласно критерию, предложенному Рэлеем, спектральные линии считаются полностью разрешёнными, если максимум одной из них совпадает с минимумом другой. В этом случае минимум интенсивности между линиями составляет около 80 % от интенсивности максимума. Разрешающей способностью прибора называется величина

,

где и– длины волн, соответствующие двум линиям,,– длина волны, приходящаяся на середину интервала. Для дифракционной решётки разрешающая способность равна

,

где m – порядок спектра, N – число штрихов дифракционной решётки, определяемое по формуле .