5 Контрольные вопросы

5.1 Как изменится изображение предмета, если закрыть половину линзы светонепроницаемой бумагой?

5.2 Может ли собирающая линза рассеивать лучи?

Лабораторная работа №15

Тема: «Определение длины световой волны с помощью дифракционной решетки»

Цель работы: определить длину световой волны с помощью дифракционной решетки и вычислить погрешность измерений.

В результате выполнения лабораторной работы студенты должны

знать: физическую сущность явления дифракции света, действие дифракционной решетки;

уметь: определять длину световой волны.

1 Краткая теория

Дифракционная решетка - это совокупность большого числа очень узких щелей, разделенных непрозрачными промежутками.

Условия возникновения максимума можно записать в виде формулы (1):

d sin φ = k λ, (1)

где d – период (постоянная) решетки, м;

φ – угол, под которым наблюдается световой максимум (угол дифракции);

k – порядок максимума;

λ – длина световой волны, м.

Так как углы дифракции обычно малы, то для них можно принять

sin φ ≈ tg φ.

Тангенс угла φ можно определить по формуле (2):

tg φ =, (2)

где a – расстояние от нулевого максимума до спектра соответствующего порядка, м;

b – расстояние от решетки до экрана, м.

Подставив выражение для тангенса угла φ в условие максимума, получим формулу (3):

k λ = (3)

В данной работе формулу (3) использовать для вычисления длины световой волны.

2 Оборудование:

2.1 Прибор для определения длины световой волны;

2.2 Дифракционная решетка;

2.3 Подставка для прибора;

2.4 Лампа с прямой нитью накала (общая для все студентов).

3 Задание для лабораторной работы:

Определить длины красного и фиолетового света, сравнить с теоретическими значениями и вычислить погрешности измерений.

4 Порядок выполнения лабораторной работы:

4.1 Подготовить оборудование для выполнения лабораторной работы.

4.2 Смотря через дифракционную решетку, направить прибор на лампу так, чтобы через окно прибора была видна нить накала лампы.

4.3 Экран установить на возможно большем расстоянии от дифракционной решетки и получить на нем четкое изображение спектров 1 и 2 порядков (смотри рисунок 1).

Экран

2 1 1 2

К Ф К Ф 0 Ф К Ф К

а_л а_пр

b

Дифракционная решетка

Рисунок 1

4.4 Измерить по линейке расстояние от дифракционной решетки до экрана b.

4.5 Определить расстояние от нулевого максимума до начала фиолетовой полосы справа a_пр и слева а_л для спектров 1 порядка и вычислить среднее значение а_ср.

4.6 Опыт повторить для спектров 2 порядка.

4.7 Таким же способом выполнить измерения для красных полос дифракционного спектра.

4.8 Определить длину фиолетовых и красных лучей для спектров 1 и 2 порядка по формуле (4):

(4)

4.9 Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 1.

Таблица 1

Порядок спектра k	Период дифрак-ционной решетки d, м	Расстоя-ние от решетки до экрана b, м	Видимые границы спектра фиолетовых лучей			Видимые границы спектра красных лучей			Длина световой волны
			слева ал, м	справа апр, м	среднее аср, м	слева ал, м	справа апр, м	среднее аср, м	фиоле- товых лучей	крас-ных лучей
1
2

4.10 По результатам опытов вычислить среднее значение длины волны красного и фиолетового цвета.

4.11 Вычислить относительную погрешность, приняв за табличные данные для фиолетового света λ_ф=400нм; λ_кр=760нм по формуле (5):

(5)