Описание установки
С
хема
установки изображена на рис. 9.2. На
оптической скамье расположены: осветитель
(лампа или лазер), линейка со щелью и
дифракционная решётка. Щель вырезает
из пучка белого света узкую полосу.
Свет, проходя через решётку, вследствие
дифракции отклоняется на разные углы.
Роль линзы (см. рис. 9.1, б) в данной установке
играет хрусталик глаза. Хрусталик
соберёт лучи, отклонённые на один и тот
же угол (на рис. 9.2 они обозначены сплошной
линией), и глаз спроецирует изображение
спектра на линейку, на шкале которой и
наблюдаются изображения максимумов.
Проецируемые глазом лучи обозначены
пунктирными линиями.
Изучив рис. 9.2, убедитесь, что среднее для любого максимума значение sin нетрудно определить, зная гипотенузу b прямоугольного треугольника и среднее значение отклонения l луча для конкретного цвета. Две шкалы позволяют найти расстояния L, l1 и l2 для каждого максимума.
Получите формулы для определения sin и длины волны.
Выполнение измерений
Задание 1. Наблюдение дифракционной картины
Внимание! Меры предосторожности:
Не направляйте лазерное излучение в глаза! Прямое попадание в глаза лазерного излучения опасно для зрения!
С разрешения руководителя работ включите лазер и установите экран и решётку так, чтобы картина на экране была наиболее чёткой. Зарисуйте её.
Задание 2. Определение длин волн некоторых цветов спектра
В этом задании источником света является лампа накаливания. Система линз служит для получения узкого пучка света, достаточно сильного для наблюдения дифракции.
Измерения в задании 2 также проводятся в соответствии с инструкцией на рабочем месте. Результаты измерений занесите в табл. 9.1. Следует определить расстояния l1 и l2 для каждого цвета четыре раза: при двух значениях k и двух разных расстояниях L, либо при четырех расстояниях L и одном значении k = 1, если максимумы второго порядка наблюдаются нечётко.
Таблица 9.1
|
№ п.п. |
Цвет |
k |
L, |
l1, |
l2, |
<l>, |
sin |
, |
|
|
Красный Зеленый Фиолетовый |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |||
|
|
|
|
|
|
| |||
|
|
Красный Зеленый Фиолетовый |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |||
|
|
|
|
|
|
|
Анализ и обработка результатов измерений
1. Опишите в отчёте наблюдаемый спектр, дайте объяснение тому, что максимумы имеют столь существенную ширину.
2. Заполните полностью табл. 9.1. Значение постоянной решётки d получите на рабочем месте. Опишите в отчёте наблюдаемую Вами картину. Составьте таблицы обработки для каждого цвета и запишите конечный результат по общим правилам.
Контрольные вопросы
Назовите составные части лабораторной установки и их назначение.
Какие величины измеряются в данной работе непосредственно? Какие вычисляются?
В чём заключается явление дифракции?
Что представляет собой дифракционная решётка и каковы её основные параметры?
Выведите формулу дифракционной решётки (9.3).
В каком порядке от центрального максимума располагаются цвета дифракционных максимумов?
В каком интервале длин волн лежит видимый свет?
Выведите и запишите расчётные формулы для определения длин волн видимого света.
Как зависит угол отклонения дифракционного максимума от длины волны? От периода решётки?
Чем отличаются установки по наблюдению дифракции обычного света и лазерного луча?
Дайте определение длины волны. Как она связана с частотой света?
В чём отличие лазерного излучения от естественного света?
Работа № 10