Описание прибора и метода измерения

Целью работы является измерение полосы пропускания светофильтра, т.е. определение интервала тех длин волн света, которые пропускает данный светофильтр. Эта задача просто решается с помощью дифракционной решетки, являющейся спектральным прибором. Схема установки приводится на рис. 5.2.

На оптической скамье помещаются дифракционная решетка Р и экран Э с узкой щелью S и миллиметровыми делениями. Штрихи решет­ки должны быть параллельны щели. Щель S освещается источником света Л (лампа накаливания, закрытая матовым стеклом).

Между ис­точником света и экраном, вплотную к щели, закрепляется сменный светофильтр Ф. Свет от источника, пройдя светофильтр Ф, освещает щель S и попадает на дифракционную решетку Р. Световая волна, па­дающая на дифракционную решетку, - плоская, так как расстояние L между щелью S и дифракционной решеткой велико.

Наблюдение дифрак­ционного спектра производится визуально. Глаз располагается за дифракционной решеткой. Роль линзы (рис.9) выполняет хрусталик глаза. Поэтому глаз воспринимает дифракционную решетку так, как если бы лучи выходили не только из щели S, но и из ее мнимых изображений S₁ S^’₁; S₂ S^’₂…, которые и проецируются на экране Э в виде максимумов.

Рис. 5.2

Таким образом, при наличии светофильтра на экране будет наб­людаться такая картина: в центре яркое изображение щели (нулевой максимум, k=0), по обеим сторонам щели окрашенные полоски - части спектров, пропущенные светофильтром (рис.5.3).

На рис.5.3 X - расстояние между одинаковыми краями полос (внутренними или внешними), окрашенными в один цвет.

Рис. 5.3

Для расчета длины волны границ полосы пропускания светофильтра используется условие максимума дифракционной решетки (формула (5.3)), из которой следует, что

(5.5)

Поскольку в данной работе L>>Х (см. рис. 5.3), то sin и тогда расчетная формула примет окончательный вид

(5.6)

Порядок выполнения работы

1. Включают осветитель и устанавливают экран на таком расстоянии L от дифракционной решетки, чтобы на экране помещалось изображение спектров 1-го и 2-го порядков, а миллиметровые деления на линейке экрана четко различались.

2. Закрепляют светофильтр №1 и наблюдают, как изменилась картина спектра. Записывают цвета границ цветных полосок.

3. Измеряют на экране расстояния между внутренними краями участков спектров 1-го и 2-го порядков (X_1внутр и Х_2внутр), см. рис. 5.3.

4. Измеряют расстояния между внешними краями спектров 1-го и и 2-го порядков (Х_1внешн и Х_2внешн).

5. По формуле (32) подсчитывают длины волн _1внутр, _2внутр, _1внешн, _2внешн, беря соответствующие значения X, L, k (период решетки указан на самой решетке).

6. Находят среднеарифметические значения _внутр и _внешн, которые и являются границами полосы пропускания светофильтра №1. Записывают вывод: светофильтр №1 пропускает длины волн от _внутр = до _внешн

7. Повторяют те же измерения и расчеты для фильтра №2 (пп. 2. 3, 4, 5, 6).

8. По результатам измерений сравнивают полосы пропускания одного и другого фильтров. Рассчитывают полосу пропускания двух светофильтров №1 и 2,) сложенных вместе.

9. Эти расчеты проверяют опытным путем, повторяя пункты 2, 3, 4, 5, 6 для светофильтров № 1 и 2, сложенных вместе.

10. Оценивают приборную ошибку при измерении длины волны по формуле