Лабораторная работа №6(1)
.doc
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет |
КАФЕДРА ФИЗИКИ
ОТЧЕТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ N6 по дисциплине "Ф И З И К А"
«ИССЛЕДОВАНИЕ ДИФРАКЦИИ СВЕТА В ПАРАЛЛЕНЬНЫХ ЛУЧАХ»
Преподаватель: студент гр. 0341 Юбрин А.Н.
Санкт-Петербург 2001 |
Цель работы: исследование дифракции света на прозрачной
дифракционной решетке; определение параметров дифракционной решетки- и спектрального состава излучения.
Теоретическое введение.
Прозрачная дифракционная решетка для световых волн представляет пластину из прозрачного материала (обычно из стекла), на поверхности - которой каким-либо путем (механическим или фотоспособом) нанесено большое число параллельных равноотстоящих непрозрачных штрихов.
Если дифракционную решетку расположить перпендикулярно лучам белого света, а за решеткой поместить собирающую линзу, то на экране в фокальной плоскости линзы наблюдается серия ярких линий различной цветности. В направлении, совпадающем с нормалью к поверхности .решетки,: будет всегда видна белая полоса (дифракционный максимум порядка к= 0 для всех длин волн). В направлениях, не совпадающих с нормалью к поверхности решетки, будут, наблюдаться либо затемненный фон, либо яркие полосы определенного цвета (главные дифракционные максимумы k-го порядка для составляющих света с длинами волн ).Угловые координаты направлений, вдоль которых наблюдаются главные дифракционные максимумы порядка к, удовлетворяют условию (1.1).
На рис.1.1 представлено; качественно разложение белого света дифракционной решеткой (вид дифракционного спектра). Чем меньше длина волны , тем меньшему углу соответствует положение максимумов. Белый свет растягивается решеткой в спектр
так, что внутренний его край окрашен в фиолетовый цвет (Ф), наружный - в красный (Кр) для каждого, порядка k. Спектры k-ых порядков располагаются симметрично по обе стороны от центрального. Спектры больших порядков накладываются друг на друга (на
рис. 1.1 для k=3).
Дифракционные решетки характеризуют параметрами: постоянной d решетки, числом N штрихов в решетке, угловой дисперсией D, разрешающей способностью rk
Угловая дисперсия суть отношение угла между направлениями на дифракционные максимумы порядка k для двух монохроматических излучений с близкими длинами волн l1 и l2 к разности длин волн . С учетом выражения (1.1) тогда имеем
П оскольку , то не столь существенно, для какой из длин волн ( или ) определен угол k cоотношении (1.1)
Разрешающая способность решетки определяет минимальную разность; длин волн двух излучений c длинами волн или =, (<<), главные дифракционные максимумы k-го порядка для которых воспринимаются раздельно. Согласно критерию Релея два близких максимума воспринимаются глазом раздельно, если максимум для одной длины волны совпадает с минимумом для другой, как на рис.1.2, где представлено распределение интенсивностей от двух разрешимых спектральных линий или . Разрешающая способность решетки определяется соотношением (1.2)
Основными элементами экспериментальной установки; (рис. 1.3) являются источник света 1 (спектральная ртутная лампа), гониометр 4 и дифракционная решетка 6. Излучение лампы освещает щель 2 коллиматора 3 гониометра и дифракционную решетку, установленную в держателе 5 перпендикулярно падающим лучам. Зрительная труба 9 гониометра может поворачиваться вокруг вертикальной оси гониометра. В фокaльнoй плocкocти окyляpa зрительной трубы наблюдается дифракционный спектр. Угловое положение зрительной трубы определяется по шкале 7 и нониусу 8 лимба гониометра. Ц.д. шкалы гониометра 30 угл. минут, нониуса - 1 угл. минута.
Поскольку начало отсчета по шкале гониометра может не совпадать с направлением нормали к поверхности .решетки, то угол дифракции k определяется разностью двух. углов (k-0 ), где угол 0 - угол, отвечающий центральному (k=0) дифракционному максимуму.
Протокол лабораторной работы №6
Выполнил: студент группы 0341 Юбрин А.Н.
Таблица значений:
|
Белый |
Желтый |
Зеленый |
Синий |
||||||
|
0 |
1 |
2 |
3 |
1 |
2 |
3 |
1 |
2 |
3 |
k+ |
39o |
37o56 |
36o56 |
35o53 |
38o |
37o |
35o52 |
38o5 |
37o9 |
35o52 |
39o1 |
37o54 |
36o56 |
35o55 |
38o3 |
37o2 |
35o51 |
38o1 |
37o11 |
35o51 |
|
38o59 |
37o58 |
36o53 |
35o54 |
37o59 |
36o59 |
35o54 |
37o3 |
37o13 |
35o54 |
|
k- |
|
40o2 |
41o15 |
42o14 |
40o |
41o2 |
42o2 |
39o57 |
40o49 |
41o45 |
|
40o1 |
41o10 |
42o15 |
40o1 |
41o3 |
42o |
39o55 |
40o47 |
41o43 |
|
|
40o3 |
41o13 |
42o14 |
40o3 |
41o |
42o4 |
39o54 |
40o45 |
41o46 |
Обработка результатов лабораторной работы №6
Выполнил: студент группы 0341 Юбрин А.Н.
Таблица значений:
|
Белый |
Желтый |
Зеленый |
Синий |
||||||
|
0 |
1 |
2 |
3 |
1 |
2 |
3 |
1 |
2 |
3 |
k+ |
39o |
37o56 |
36o56 |
35o53 |
38o |
37o |
35o52 |
38o5 |
37o9 |
35o52 |
39o1 |
37o54 |
36o56 |
35o55 |
38o3 |
37o2 |
35o51 |
38o1 |
37o11 |
35o51 |
|
38o59 |
37o58 |
36o53 |
35o54 |
37o59 |
36o59 |
35o54 |
37o3 |
37o13 |
35o54 |
|
k- |
|
40o2 |
41o15 |
42o14 |
40o |
41o2 |
42o2 |
39o57 |
40o49 |
41o45 |
|
40o1 |
41o10 |
42o15 |
40o1 |
41o3 |
42o |
39o55 |
40o47 |
41o43 |
|
|
40o3 |
41o13 |
42o14 |
40o3 |
41o |
42o4 |
39o54 |
40o45 |
41o46 |
|
Ср.k+ |
39о |
37о57 |
36о55 |
35о54 |
38о1 |
37о |
35о52 |
38о3 |
37о11 |
35о52 |
Ср.k- |
|
40o2 |
41o13 |
42o14 |
40o1 |
41o2 |
42o2 |
39o55 |
40o47 |
41o45 |
k+ |
0 |
1о3 |
2о5 |
3о6 |
0о59 |
2о |
3о8 |
0о57 |
1о49 |
3о8 |
k- |
|
-1o2 |
-2o13 |
-3o14 |
-1o1 |
-2o2 |
-3o2 |
-0o55 |
-1o47 |
-2o45 |
Sin(k+) |
0 |
0,01832 |
0,03635 |
0,05408 |
0,01716 |
0,0349 |
0,05466 |
0,01658 |
0,0317 |
0,05466 |
Sin(k-) |
|
0,018034 |
0,038678 |
0,056402 |
0,017743 |
0,035481 |
0,052917 |
0,015998 |
0,03112 |
0,047978 |
ажелт=y/x=0,01852
азел=y/x= 0,01743
асин=y/x= 0,01407
d=зелaзел = 546/0,01743 = 31325,3 нм
желт=ажелт d = 0,01852 31325,3 = 580 нм
син=асин d = 0,01407 31325,3 = 441 нм
Погрешность: