Опис експериментальної установки та виведення робочої формули

С

хема експериментальної установки зображена на рисунку 6. Джерелом світа Д є лампа розжарення, від якої промені потрапляють на діафрагму. Отвір діафрагми можна вважати точковим джерелом світла, яке повинно знаходитись у фокусі збиральної лінзи Л₁. Тоді промені, що проходять крізь цю лінзу утворюють паралельний пучок світла, який опромінює дифракційну решітку як показано на рисунку. Для отримання чіткої дифракційної картини потрібно на шляху променів, що пройшли крізь решітку, розмістити іншу збиральну лінзу Л₂, так щоб екран знаходився у її фокальній площині.

Як видно з рис. 6, синус кута дифракції α можна визначити за формулою

, (6)

де х – координата k-того максимуму освітленості для певної довжини хвилі (кольору світла) дифракційного спектру, F – фокусна відстань другої лінзи.

Тоді довжину світлової хвилі λ, що спричиняє відчуття того чи іншого кольору, згідно формули (3) можна визначити так

. (7)

Хід роботи

1. Закріпити на екрані чистий аркуш паперу.

2. Розмістити на оптичній лаві лінзу Л₁ на її фокусній відстані від діафрагми (рис. 6).

3. Розмістити екран на фокусній відстані від лінзи Л₂ (рис. 6).

4. Між лінзами встановити дифракційну решітку. На екрані утвориться кольоровий дифракційний спектр. Змінюючи положення решітки, відрегулювати його чіткість та добитися того, щоб на екрані було видно 3-4 головні максимуми освітленості.

5. Записати значення періоду дифракційної решітки d та фокусної відстані другої лінзи F.

6. Позначити олівцем на аркуші паперу, що прикріплений до екрану, по обидві сторони дифракційної картини положення декількох головних максимумів освітленості однакового кольору (колір задається викладачем).

7. Зняти аркуш з екрану та виміряти штангенциркулем віддаль 2х між максимумами однакових порядків.

8. За результатами вимірювань обчислити для максимумів кожного порядку значення координати х та занести їх до таблиці.

Таблиця вимірювань

L = d =

Порядок k					Середнє значення
х,
λ,
Δλ,

Обробка результатів вимірювань

1. Обчислити довжину хвилі для кожного порядку за формулою (7). Результати занести до таблиці.

2. Обчислити середнє значення довжини хвилі .

3. Оцінити похибку величини, записати кінцевий результат.

Контрольні запитання

1. Яке явище називається дифракцією світла?

2. Що називається фронтом хвилі і хвильовою поверхнею?

3. Сформулювати принцип Гюйгенса.

4. Який вид дифракції називається дифракцією Френеля, а який – дифракцією Фраунгофера?

5. Що таке дифракційна решітка та її період?

6. В чому полягає метод векторних діаграм для знаходження результуючої амплітуди коливань, спричинених хвилями від усіх щілин решітки?

7. Якій умові повинно задовольняти зміщення фаз між коливаннями двох сусідніх щілин, щоб спостерігався дифракційний максимум? Вивести умову головного дифракційного максимуму.

8. Якій умові повинен задовольняти зсув фаз між коливаннями двох сусідніх щілин, щоб спостерігався дифракційний мінімум? Вивести умови дифракційних мінімумів.