Determinarea lungimii de undă a luminii utilizând o rețea de difracție

1. DIFRACȚIA LUMINII

Difracția luminii este fenomenul de curbare a luminii în jurul obstacolelor întâlnite în calea ei, însoțită de o redistribuire spațială a energiei unei unde luminoase - interferență.

Distribuția intensității luminii în modelul de difracție poate fi calculată folosind principiul Huygens-Fresnel. Conform acestui principiu, fiecare punct al frontului unei unde luminoase, adică suprafața pe care s-a propagat lumina, este o sursă de unde luminoase secundare coerente (fazele și frecvențele lor inițiale sunt aceleași); oscilația rezultată în orice punct al spațiului se datorează interferenței tuturor undelor secundare care sosesc în acest punct, ținând cont de amplitudinile și fazele acestora.

Poziția frontului de unde luminoase în orice moment de timp determină anvelopa tuturor undelor secundare; orice deformare a frontului de undă (se datorează interacțiunii luminii cu obstacole) duce la o abatere a undei luminoase de la direcția inițială de propagare - lumina pătrunde în regiunea umbrei geometrice.

2. Rețeaua de difracție

Un grătar de difracție transparent este o placă de sticlă sau o peliculă de celuloid pe care se decupează cu un tăietor special, la distanțe strict definite, șanțuri aspre înguste (trăvi) care nu transmit lumină. Suma lățimii spațiului netulburat și transparent (fantei) și a lățimii canelurii se numește constantă sau perioadă a rețelei.

Lasă o undă de lumină monocromatică plană cu o lungime de undă să cadă pe rețea (luați în considerare cel mai simplu caz - incidența normală a unei unde pe rețea). Fiecare punct al golurilor transparente ale rețelei, la care ajunge valul, conform principiului Huygens, devine o sursă de unde secundare. În spatele gratiilor, aceste unde se propagă în toate direcțiile. Unghiul de abatere al luminii de la normal la rețea se numește unghi de difracție.

Să plasăm o lentilă convergentă în calea undelor secundare. Va focaliza în locul corespunzător al suprafeței sale focale toate undele secundare care se propagă la același unghi de difracție.

Pentru ca toate aceste unde să se maximizeze reciproc atunci când sunt suprapuse, este necesar ca diferența de fază a undelor care provin din punctele corespunzătoare a două fante adiacente, adică puncte distanțate la distanțe egale de marginile acestor fante, să fie egală cu un număr par sau diferența cursului acestor unde a fost egală cu un număr întreg m lungimi de undă. Se poate observa din Fig. 1 că diferența dintre traseele undelor 1 și 2

pentru punctul P este:

Prin urmare, condiția pentru intensitatea maximă a undei luminoase rezultate la difracția dintr-un rețeau de difracție poate fi scrisă după cum urmează:

, (2)

Unde semnul plus corespunde unei diferențe de drum pozitiv, minus - negativ.

Maximele care satisfac condiția (2) se numesc principal, numărul m se numește ordinea maximelor principale sau ordinea spectrului. valoare m=0 corespunde unui maxim de ordinul zero (maximum central). Există un maxim de ordinul zero, maxime ale primului, al doilea și al ordinului superior - câte două la stânga și la dreapta celui zero.

Poziția maximelor principale depinde de lungimea de undă a luminii. Prin urmare, atunci când rețeaua este iluminată cu lumină albă, maximele tuturor ordinelor, cu excepția zero, care corespund diferitelor lungimi de undă, se deplasează unele față de altele, adică se descompun într-un spectru. Limita violetă (cu lungime de undă scurtă) a acestui spectru este îndreptată spre centrul modelului de difracție, roșul (lungime de undă lungă) - spre periferie.

3. Descrierea instalării

Lucrarea se desfășoară pe un spectrogoniometru GS-5 cu o rețea de difracție instalată pe acesta. Un goniometru este un dispozitiv conceput pentru a măsura cu precizie unghiurile. Aspectul spectrogoniometrului GS-5 este prezentat în Fig.2.

Fig.2

Colimatorul 1, echipat cu un șurub micrometru reglabil 2 fantă spectrală, este montat pe un suport fix. Fanta este orientată spre (lampa cu mercur). Pe tabelul de obiecte 3 este instalat un rețele de difracție transparentă 4.

Modelul de difracție este observat prin ocularul 5 al telescopului 6.

Scopul lucrării este studierea rețelei de difracție, găsirea caracteristicilor acestuia și determinarea cu ajutorul acestuia a lungimii de undă a undelor luminoase din spectrul de emisie a vaporilor de mercur.

În laboratorul atelierului fizic al Departamentului de Fizică al USTU-UPI, o lampă cu mercur este utilizată ca sursă a spectrului de linii în munca de laborator nr. 29, în care, în timpul unei descărcări electrice, un spectru de linie de radiații se generează, care, după ce a trecut de colimatorul spectrogoniometrului GS-5, cade pe un rețele de difracție (foto GS-5 este dată pe fișierul de titlu). Experimentatorul determină unghiul de difracție cu o precizie de câteva secunde, îndreptând linia de viziune a ocularului către linia corespunzătoare a spectrului, apoi, folosind metoda descrisă mai sus, calculează lungimea de undă a liniei selectate.

În versiunea computerizată a acestei lucrări, condițiile pentru efectuarea experimentelor sunt modelate destul de precis. Pe ecranul de afișare este reprodus un ocular, a cărui linie de vedere ar trebui direcționată către orice linie spectrală selectată, mai precis, spre mijlocul benzii de culoare, ceea ce mărește acuratețea unghiurilor de măsurare până la câteva secunde de arc.

Ca și în spectrul real al vaporilor de mercur, cele mai strălucitoare patru linii vizibile ale spectrului sunt, de asemenea, „generate” în lucrul cu computerul: violet, verde și două linii galbene. Spectrele sunt simetrice în oglindă în raport cu maximul central (alb). În partea de jos, sub ocular, pentru o mai bună orientare, toate liniile spectrului de mercur sunt afișate pe o bandă neagră subțire. Și cele două linii galbene se contopesc într-una singură. Faptul este că aceste linii sunt situate una lângă alta și au lungimi de undă apropiate - așa-numita dublet, dar pe o rețea de difracție bună sunt separate (rezolvate), ceea ce este vizibil în ocular. În această lucrare, una dintre sarcini este de a determina rezoluția rețelei de difracție.

Deci, trecând cursorul peste „Măsurători” și apăsând butonul stâng al mouse-ului, puteți începe măsurarea. Puteți „roti” ocularul în patru moduri diferite, atât la stânga, cât și la dreapta, până când apare o linie verticală colorată în câmpul vizual al ocularului. Linia de vizualizare verticală neagră a ocularului trebuie îndreptată către partea centrală a benzii colorate, în timp ce valorile unghiului de difracție sunt afișate pe afișajul digital cu o precizie de câteva secunde de arc. Liniile spectrale sunt situate aproximativ de la 60 la 150 de grade. În același timp, acuratețea valorilor numerice ale unghiurilor și, în consecință, corectitudinea rezultatelor obținute depinde de minuțiozitatea experimentelor. Experimentatorului i se oferă posibilitatea de a alege secvența măsurătorilor

Rezultatele măsurătorilor trebuie introduse în tabelele corespunzătoare ale raportului și trebuie făcute calculele necesare.

4.1 Determinarea lungimii de undă a liniilor spectrale de vapori de mercur.

Măsurătorile sunt efectuate pentru liniile de spectru de ordinul întâi (m=1). Constanta rețelei d = 833,3 nm. Lungimea (lățimea) este de 40 mm. Valoarea sinusului unghiului poate fi determinată din tabelele relevante sau folosind un calculator, totuși, trebuie avut în vedere că secundele și minutele arcului trebuie convertite în zecimale de grade, adică 30 de minute sunt egale cu 0,5 grade. , etc.

Rezultatele măsurătorilor sunt înregistrate în tabelul 2 al raportului (vezi Anexa). Valoarea lungimii de undă se obține folosind formula (2):

4.2 Calculul caracteristicilor rețelei de difracție.

Valoarea maximă a comenzii m Spectrele de difracție pentru orice rețea de difracție pot fi determinate în cazul incidenței normale a luminii pe rețea folosind următoarea formulă:

Sens m max este determinat pentru cea mai mare lungime de undă - în această lucrare pentru a doua linie galbenă g. Ordinul cel mai înalt al spectrelor este egal cu partea întreagă (fără rotunjire!) a raportului .

Rezoluţie R Rețeaua de difracție își caracterizează capacitatea de a separa (rezolva) linii spectrale care diferă puțin în lungime de undă. A-prioriu

unde este lungimea de undă lângă care se face măsurarea;

Diferența minimă dintre lungimile de undă a două linii spectrale percepute separat în spectru.

Valoarea este determinată de obicei de criteriul Rayleigh: două linii spectrale și sunt considerate permise dacă maximul este de ordin m una dintre ele (cu o lungime de undă mai mare), determinată de condiție

,

coincide cu primul minim suplimentar din spectrul aceluiași ordin m pentru o altă linie definită de condiția:

.

Din aceste ecuaţii rezultă că

,

iar rezoluția grilajului se dovedește a fi egală cu

(6)

Astfel, rezoluția grătarului depinde de ordine m spectru și din numărul total N cursele părții de lucru a rețelei, adică partea prin care trece radiația studiată și de care depinde modelul de difracție rezultat. Conform formulei (5), se găsește puterea de rezoluție R rețea folosită pentru spectrul de ordinul întâi (m=1).

Din (5) rezultă că două linii spectrale și sunt rezolvate prin rețeaua de difracție în spectru m-a ordine, dacă:

. (7)

Folosind valoarea găsită R, formula (5) calculează (în nanometri) rezoluția liniară a liniilor spectrale din apropierea liniilor φ, z și z ale spectrului

(9)

unde este distanța unghiulară dintre două linii spectrale care diferă ca lungime de undă cu .

Formula pentru D se obține prin relația de diferențiere (2): partea stângă în ceea ce privește unghiul de difracție și partea dreaptă în ceea ce privește lungimea de undă:

,

(10)

Astfel, dispersia unghiulară a rețelei depinde de ordinul m al spectrului, constanta d reţelei şi din unghiul de difracţie .

Formula (8) este utilizată pentru a găsi (în „/nm secunde arc per nanometru) dispersia unghiulară a rețelei de difracție utilizată pentru unghiurile de difracție corespunzătoare tuturor lungimilor de undă măsurate ale spectrului.

Rezultatele obţinute sunt consemnate în tabelul 2 al raportului (vezi Anexă).

5. Întrebări de control

1. Care este fenomenul de difracție a luminii?

2. Formulați principiul Huygens-Fresnel.

3. Care este rezoluția unui rețele de difracție și de ce depinde aceasta?

4. Cum se determină experimental dispersia unghiulară D rețeaua de difracție?

5. Ce fel de model de difracție se obține dintr-o rețea transparentă?

APENDICE

FORMULAR DE RAPORT

Pagina titlu:

U G T U - U P I

Departamentul de Fizică

RAPORT

pentru munca de laborator 29

Studiul rețelelor de difracție. Determinarea lungimii de undă a luminii utilizând o rețea de difracție

Student______________________________

Grup ______________________________

Data _________________________________

Profesor……………………….

Pe paginile interioare:

1. Formule de calcul:

unde este lungimea de undă;

m este ordinul spectrului (m=1).

2. Sursa de radiație este o lampă cu mercur.

3. Calea razelor

4. Rezultatele măsurătorilor unghiurilor de difracție și lungimilor de undă

linii spectrale de vapori de mercur. tabelul 1

Linia spectrală

Comanda maxima, m

5. Calculul valorilor cerute.

Tabelul 2 Caracteristicile rețelei de difracție

Perioadă d	Cel mai inalt Ordin m Spectre	permisiv	Liniar Permisiune	Dispersia unghiulară D pentru linii mercur, ”/ nm

6. Estimarea erorilor de măsurare a lungimilor de undă se calculează prin formula:

Valori tabelare ale lungimilor de undă ale liniilor spectrale de vapori de mercur:

Violet - 436 nm,

Verde - 546 nm,

1 galben - 577 nm,

2 galben - 579 nm.

Obiectiv: familiarizarea cu metodele de obținere a surselor de lumină coerente și determinarea lungimii de undă a luminii prin metodele de interferență ale lui Young și biprisma lui Fresnel.

Instrumente și accesorii: : o bancă optică cu lanternă, un ocular-micrometru, o masă pentru montarea unei plăci cu dublă fante, o lentilă convergentă, un set de filtre de sticlă, o biprismă Fresnel..

Exercitiul 1.

Metoda lui Young.

Din punctul S (Fig. 13) se propagă o undă luminoasă sferică monocromatică, care cade pe două fante foarte mici și strâns distanțate și în placă. Conform principiului Huygens, aceste două găuri sunt surse independente de vibrații luminoase; din aceste surse vor ieși valuri coerente.

În spatele plăcii, are loc interferența undelor coerente suprapuse, a căror sursă este golurile și .

Cu distante cunoscute de la surse coerente si la ecran E 2 si - intre surse conform formulei (2.6) se poate determina lungimea de undă a luminii măsurând lățimea franjelor de interferență.

Comandă de lucru

1. Instalați o placă cu fantă dublă la distanță de sursa de lumină, porniți-o. Prin deplasarea plăcii cu dublu fante perpendicular pe bancul optic, pentru a obține franjuri de interferență în ocular. Prin deplasarea plăcii cu fanta dublă, franjurile de interferență devin luminoase și clare.

2. Măsurați distanța dintre cele întunecate. Pentru a asigura o mai mare acuratețe a determinării, este necesar să se măsoare distanța dintre benzile îndepărtate, dar clar vizibile și să o împarți la numărul de benzi luminoase dintre ele.

4. Repetați experimentul de mai multe ori cu diferite filtre

5. Înregistrați rezultatele într-un tabel pentru a calcula eroarea.

6. Comparați rezultatele cu valorile din tabel pentru a trage o concluzie.

Exercițiul 2.

Metoda biprismei Fresnel

O biprismă este două prisme identice cu unghiuri mici de refracție pliate la bazele lor. Fascicul de lumină incident pe o biprismă dintr-o deschidere a fantei a unei surse S(Fig. 14), datorită refracției în biprismă, este împărțit în două fascicule suprapuse, parcă ar proveni din două surse imaginare. S 1 și S 2. În spatele biprismei, în întreaga zonă a fasciculelor de lumină suprapuse, se va observa un model de interferență sub forma unor dungi paralele de lumină și întuneric. În cazul luminii albe, dungile vor fi irizate.

Pentru a determina lungimea unei unde luminoase, folosim formula (2.6).

Folosind această formulă, se poate determina experimental lungimea de undă a luminii monocromatice. În această lucrare, ∆ X numără pe o scară ocular -micrometru(Vezi deasupra). Distanţă tîntre surse imaginare S 1 și S 2 este măsurată indirect folosind o lentilă convergentă (Fig. 15).

Determinarea lungimii de undă a luminii utilizând o rețea de difracție

Obiectiv: determinarea cu ajutorul unui rețele de difracție a lungimii undelor luminoase în diferite părți ale spectrului vizibil.

Instrumente și accesorii: rețeaua de difracție; un cântar plat cu fantă și o lampă incandescentă cu ecran mat montat pe un banc optic; riglă milimetrică.

1. TEORIA METODEI

Difracția undelor este îndoirea undei în jurul obstacolelor. Obstacolele sunt înțelese ca diverse neomogenități pe care undele, în special undele luminoase, le pot ocoli, deviând de la propagarea rectilinie și intrând în regiunea unei umbre geometrice. Difracția se observă și atunci când undele trec prin găuri, îndoindu-se în jurul marginilor lor. Difracția este vizibil pronunțată dacă dimensiunile obstacolelor sau găurilor sunt de ordinul lungimii de undă și, de asemenea, la distanțe mari față de acestea în comparație cu dimensiunile lor.

Difracția luminii își găsește aplicație practică în rețelele de difracție. Un rețele de difracție este orice structură periodică care afectează propagarea undelor de o natură sau alta. Cel mai simplu rețeau de difracție optică este o serie de fante identice paralele foarte înguste separate de dungi opace identice. Pe lângă astfel de rețele transparente, există și rețele de difracție reflectorizante, în care lumina este reflectată din neregularități paralele. Rețelele transparente de difracție sunt de obicei o placă de sticlă pe care sunt desenate dungi (trăsuri) cu un diamant folosind o mașină specială de divizare. Aceste lovituri sunt goluri aproape complet opace între părțile intacte ale plăcii de sticlă - fante. Numărul de curse pe unitate de lungime este indicat pe grilă. Perioada rețelei (constante). d este lățimea totală a unei linii opace plus lățimea unei fante transparente, așa cum se arată în Fig. 1, unde se înțelege că liniile și dungile sunt situate perpendicular pe planul modelului.

Lasă un fascicul de lumină paralel să cadă pe grătarul (GR) perpendicular pe planul său, Fig. 1. Deoarece fantele sunt foarte înguste, fenomenul de difracție va fi puternic pronunțat, iar undele luminoase din fiecare fantă vor merge în direcții diferite. În cele ce urmează, undele care se propagă rectiliniu vor fi identificate cu conceptul de raze. Din întregul set de raze care se propagă de la fiecare fantă, selectăm un fascicul de raze paralele care merge la un anumit unghi  (unghi de difracție) față de normala trasată pe planul rețelei. Din aceste raze, luați în considerare două raze, 1 și 2, care provin din două puncte corespunzătoare Ași C sloturi învecinate, așa cum se arată în Fig. 1. Desenați o perpendiculară comună pe aceste raze AB. La puncte Ași C fazele oscilațiilor sunt aceleași, dar pe segment CBîntre raze există o diferență de drum  egală cu

 = d păcat. (unu)

După drept AB diferenţa de traseu  între grinzile 1 şi 2 rămâne neschimbată. După cum se poate observa din fig. 1, aceeași diferență de cale va exista între razele care călătoresc la același unghi  din punctele corespunzătoare ale tuturor fantelor adiacente.

Orez. Fig. 1. Trecerea luminii printr-un rețele de difracție DR: L - lentilă convergentă, E - ecran pentru observarea modelului de difracție, M - punctul de convergență al razelor paralele

Dacă acum toate aceste raze, adică undele, sunt reduse la un punct, atunci se vor întări sau se vor slăbi reciproc datorită fenomenului de interferență. Amplificarea maximă, atunci când se adună amplitudinile undelor, are loc dacă diferența de cale dintre ele este egală cu un număr întreg de lungimi de undă:  = k, unde k este un număr întreg sau zero,  este lungimea de undă. Prin urmare, în direcții care satisfac condiția

d păcat = k , (2)

se vor observa maxime de intensitate luminoasă cu lungimea de undă .

Pentru a aduce razele care merg în același unghi  la un punct ( M) se folosește o lentilă convergentă L, care are proprietatea de a colecta un fascicul paralel de raze în unul dintre punctele planului său focal, unde este plasat ecranul E. Planul focal trece prin focarul lentilei și este paralel cu planul lentilei; distanţă f dintre aceste planuri este egală cu distanța focală a lentilei, Fig. 1. Este important ca obiectivul să nu modifice diferența de cale , iar formula (2) rămâne valabilă. Rolul lentilei în această lucrare de laborator este jucat de cristalinul ochiului observatorului.

În direcțiile pentru care valoarea unghiului de difracție  nu satisface relația (2), va exista o atenuare parțială sau completă a luminii. În special, undele de lumină care sosesc la punctul de întâlnire în faze opuse se vor anula complet reciproc, iar minimele de iluminare vor fi observate în punctele corespunzătoare de pe ecran. În plus, fiecare fantă, datorită difracției, trimite raze de intensitate diferită în direcții diferite. Ca urmare, imaginea care apare pe ecran va avea o formă destul de complexă: între maximele principale determinate de condiția (2), există maxime suplimentare, sau laterale, separate de zone foarte întunecate - minime de difracție. Cu toate acestea, practic doar maximele principale vor fi vizibile pe ecran, deoarece intensitatea luminii în maximele secundare, ca să nu mai vorbim de minime, este foarte mică.

Dacă lumina incidentă pe rețea conține unde de lungimi diferite  1 ,  2 ,  3 , ..., atunci prin formula (2) se poate calcula pentru fiecare combinație kși  valorile lor ale unghiului de difracție , pentru care se vor respecta principalele maxime ale intensității luminii.

La k= 0 pentru orice valoare a lui , rezultă  = 0, adică, în direcția strict perpendiculară pe planul rețelei, undele de toate lungimile sunt amplificate. Acesta este așa-numitul spectru de ordin zero. În general, numărul k poate lua valori k= 0, 1, 2 etc. Două semne, , pentru toate valorile k 0 corespund a două sisteme de spectre de difracție situate simetric față de spectrul de ordin zero, la stânga și la dreapta acestuia. La k= 1 spectrul se numește spectrul de ordinul întâi, când k= 2 se obţine spectrul de ordinul doi etc.

Pentru că întotdeauna |păcat|  1, atunci din relația (2) rezultă că pentru dat dşi valoarea  k nu poate fi arbitrar de mare. Maxim posibil k, adică numărul limită de spectre k max , pentru o rețea de difracție specifică se poate obține din condiția care decurge din (2) ținând cont că |sin|  1:

Asa de k max este egal cu întregul maxim care nu depășește raportul d/. După cum sa menționat mai sus, fiecare fantă trimite raze de intensitate diferită în direcții diferite și se dovedește că la valori mari ale unghiului de difracție , intensitatea razelor transmise este slabă. Prin urmare, spectre cu valori mari de | k|, care trebuie observat la unghiuri mari , nu va fi practic vizibil.

Imaginea care apare pe ecran în cazul luminii monocromatice, adică luminii caracterizate printr-o lungime de undă specifică , este prezentată în fig. 2a. Pe un fundal întunecat, puteți vedea un sistem de linii luminoase separate de aceeași culoare, fiecare dintre ele corespunde propriei valori. k.

Orez. 2. Vedere a imaginii obţinute cu ajutorul unui reţele de difracţie: a) cazul luminii monocromatice, b) cazul luminii albe

Dacă lumina nemonocromatică cade pe grătar, care conține un set de unde de diferite lungimi (de exemplu, lumină albă), atunci pentru un anumit k 0 unde cu lungimi diferite  vor fi amplificate la unghiuri diferite , iar lumina va fi descompusă într-un spectru atunci când fiecare valoare k corespunde întregului set de linii spectrale, Fig. 2b. Capacitatea unui rețele de difracție de a descompune lumina într-un spectru este folosită în practică pentru a obține și a studia spectre.

Principalele caracteristici ale unui rețele de difracție sunt rezoluția acestuia R si varianta D. Dacă în fasciculul luminos există două unde cu lungimi de undă apropiate  1 și  2, atunci vor apărea două maxime de difracție apropiate. Cu o mică diferență de lungimi de undă  =  1   2 aceste maxime se contopesc într-una singură și nu vor fi văzute separat. Conform condiției Rayleigh, două linii spectrale monocromatice sunt încă vizibile separat în cazul în care maximul pentru o linie cu lungimea de undă  1 se situează în locul celui mai apropiat minim pentru o linie cu lungimea de undă  2 și invers, așa cum se arată în Smochin. 3.

Orez. 3. Schema care explică condiția Rayleigh: eu– intensitatea luminii în unități relative

De obicei, pentru a caracteriza un rețele de difracție (și alte instrumente spectrale), nu se folosește valoarea minimă a lui , când liniile sunt văzute separat, ci o valoare adimensională

numită rezoluție. În cazul unei rețele de difracție, folosind condiția Rayleigh, se poate demonstra formula

R = kN, (5)

Unde N- numărul total de curse ale rețelei, care pot fi găsite, cunoscând lățimea rețelei Lși punct d:

Dispersia unghiulară D este determinată de distanța unghiulară  dintre două linii spectrale, raportată la diferența de lungimi de undă ale acestora :

Arată viteza de modificare a unghiului de difracție  al razelor în funcție de modificarea lungimii de undă .

Raportul / inclus în (7) poate fi găsit prin înlocuirea acestuia cu derivata d/d, care poate fi calculată folosind relația (2), care dă

. (8)

Pentru cazul unghiurilor mici , când cos  1, din (8) se obține

Odată cu dispersia unghiulară D utilizați și dispersia liniară D l, care este determinată de distanța liniară  lîntre liniile spectrale de pe ecran, referitor la diferența dintre lungimile lor de undă :

Unde D este dispersia unghiulară, f este distanța focală a lentilei (vezi fig. 1). A doua formulă (10) este valabilă pentru unghiurile mici  și se obține dacă ținem cont că pentru astfel de unghiuri  l  f .

Cu cât rezoluția este mai mare R si varianta D, cu atât este mai bine orice dispozitiv spectral care conţine, în special, un reţele de difracţie. Formulele (5) și (9) arată că o rețea de difracție bună ar trebui să conțină un număr mare de șanțuri Nși au o perioadă scurtă d. În plus, este de dorit să se utilizeze spectre de ordine superioară (cu valori mari k). Cu toate acestea, după cum sa menționat mai sus, astfel de spectre sunt puțin vizibile.

Scopul acestui laborator este de a determina lungimea de undă a luminii în diferite regiuni ale spectrului folosind o rețea de difracție. Diagrama de instalare este prezentată în fig. 4. Rolul sursei de lumină este jucat de o gaură dreptunghiulară (fantă) DARîn scara Shk, iluminat de o lampă incandescentă cu un ecran mat S. Ochiul observatorului D, situat în spatele rețelei de difracție DR, observă imaginea virtuală a fantei în acele direcții în care undele luminoase care provin din diferite fante ale rețelei se amplifică reciproc, adică în direcțiile maximelor principale.

Orez. 4. Schema amenajării laboratorului

Se studiază spectre nu mai mari de ordinul al treilea, pentru care, în cazul rețelei de difracție utilizate, unghiurile de difracție  sunt mici, deci sinusurile lor pot fi înlocuite cu tangente. La rândul său, tangenta unghiului , după cum se poate observa din Fig. 4, egal cu raportul y/X, Unde y- distanta fata de gaura A la imaginea virtuală a liniei spectrale de pe scară și X este distanța de la scară la grătar. Prin urmare,

. (11)

Atunci în loc de formula (2) vom avea , de unde

2. ORDINUL DE EFECTUAREA LUCRĂRII

1. Instalați așa cum se arată în fig. 4, scară cu gaură DAR la un capăt al bancului optic lângă lampa incandescentă S, iar rețeaua de difracție la celălalt capăt al său. Porniți lampa în fața căreia există un ecran mat.

2. Deplasând grila de-a lungul bancului, asigurați-vă că marginea roșie a spectrului drept de prim ordin ( k= 1) a coincis cu orice diviziune întreagă pe scara Shk; notează-i valoarea yîn tabel. unu.

3. Folosind o riglă, măsurați distanța X pentru acest caz și, de asemenea, introduceți valoarea acesteia în tabel. unu.

4. Efectuați aceleași operații pentru marginea violetă a spectrului drept de ordinul întâi și pentru mijlocul secțiunii verzi situată în partea de mijloc a spectrului (în continuare, acest mijloc se va numi linia verde pentru concizie); valorile Xși y pentru aceste cazuri, introduceti si in tabel. unu.

5. Efectuați măsurători similare pentru spectrul din stânga de ordinul întâi ( k= 1), introducând rezultatele măsurătorilor în Tabel. unu.

Rețineți că pentru spectre din stânga de orice ordin k y.

6. Efectuați aceleași operații pentru marginile roșii și violete și pentru linia verde a spectrelor de ordinul doi; înregistrați datele de măsurare în același tabel.

7. Introduceți în tabel. 3 latime gratar Lși valoarea perioadei latice d care sunt indicate pe ea.

tabelul 1

spectrul lămpii incandescent		X, cm	y, cm	 i, nm		 i =  i, nm
Violet

3. PRELUCRAREA DATELOR EXPERIMENTALE

Folosind formula (12), calculați lungimile de undă  i pentru toate măsurătorile efectuate

(d = 0,01 cm). Introduceți valorile lor în tabel. unu.

2. Găsiți lungimile de undă medii separat pentru limitele roșii și violete ale spectrului continuu și ale liniei verzi studiate, precum și erorile aritmetice medii la determinarea  folosind formulele

Unde n= 4 este numărul de măsurători pentru fiecare parte a spectrului. Introduceți valorile și în tabel. unu.

3. Prezentați rezultatele măsurătorilor sub forma unui tabel. 2, unde se notează limitele spectrului vizibil și lungimea de undă a liniei verzi observate, exprimate în nanometri și angstromi, luând ca  valorile medii ale lungimilor de undă obținute din tabel. unu.

masa 2

4. Folosind formula (6), determinați numărul total de curse ale rețelei N, iar apoi folosind formulele (5) și (9) calculați rezoluția Rși dispersia unghiulară a rețelei D pentru spectrul de ordinul doi ( k = 2).

5. Folosind formula (3) și explicația acesteia, determinați numărul maxim de spectre k max , care poate fi obținut folosind un rețele de difracție dat, folosind ca  lungimea medie de undă a liniei verzi observate.

6. Calculați frecvența  a liniei verzi observate folosind formula  = c/, unde cu este viteza luminii, luând drept  și valoarea .

Toate calculate în paragrafe. În tabel sunt introduse 4-6 valori. 3.

Tabelul 3

4. ÎNTREBĂRI DE CONTROL

1. Care este fenomenul de difracție și când este difracția cel mai pronunțată?

Difracția undelor este îndoirea undei în jurul obstacolelor. Difracția luminii este un set de fenomene observate atunci când lumina se propagă prin găuri mici, în apropierea limitelor corpurilor opace etc. și datorită naturii ondulatorii a luminii. Fenomenul de difracție, comun tuturor proceselor ondulatorii, are caracteristici pentru lumină și anume aici, de regulă, lungimea de undă λ este mult mai mică decât dimensiunile d ale barierelor (sau găurilor). Prin urmare, difracția poate fi observată doar la distanțe suficient de mari. l de la bariera ( l> d2/λ).

2. Ce este un rețele de difracție și pentru ce sunt folosite astfel de rețele?

Un rețele de difracție este orice structură periodică care afectează propagarea undelor de o natură sau alta. Rețeaua de difracție efectuează interferențe cu mai multe fascicule de fascicule de lumină difractate coerente care provin din toate fantele.

3. Ce este de obicei o rețea de difracție transparentă?

Rețelele transparente de difracție sunt de obicei o placă de sticlă pe care sunt desenate dungi (trăsuri) cu un diamant folosind o mașină specială de divizare. Aceste lovituri sunt goluri aproape complet opace între părțile intacte ale plăcii de sticlă - fante.

4. Care este scopul unei lentile utilizate cu un rețele de difracție? Care este obiectivul în această lucrare?

Pentru a aduce razele care vin cu același unghi φ într-un punct, se folosește o lentilă convergentă, care are proprietatea de a colecta un fascicul paralel de raze în unul dintre punctele planului său focal unde este plasat ecranul. Rolul lentilei în această lucrare este jucat de lentila ochiului observatorului.

5. De ce apare o bandă albă în partea centrală a modelului de difracție când este iluminată cu lumină albă?

Lumina albă este lumină nemonocromatică care conține un set de lungimi de undă diferite. În partea centrală a modelului de difracție k = 0, se formează un maxim central de ordin zero; prin urmare, apare o bandă albă.

6. Definiți rezoluția și dispersia unghiulară a unui rețele de difracție.

Principalele caracteristici ale unui rețele de difracție sunt rezoluția R și dispersia D.

De obicei, pentru a caracteriza un rețele de difracție, nu se utilizează valoarea minimă a Δλ, când liniile sunt văzute separat, ci o valoare adimensională

Dispersia unghiulară D este determinată de distanța unghiulară δφ dintre două linii spectrale, împărțită la diferența dintre lungimile lor de undă δλ:

Acesta arată viteza de modificare a unghiului de difracție φ al razelor în funcție de modificarea lungimii de undă λ.

Ajutor Manual >> Fizica

Formula de calcul pentru calcul lungimi ușoară valuri la Ajutor difractivă grătare. Măsurare lungime valuri se fierbe până definiție unghi de abatere...

Obiectiv: Determinarea lungimilor de undă ale razelor roșii, verzi și violete pentru spectre clar vizibile de ordinul 1 și 2.

Instrumente si accesorii: Rețea de difracție, ecran, lampă pentru iluminare.

Introducere teoretică

Dacă un fascicul de raze paralele de lumină întâlnește pe drum un corp rotund opac sau este trecut printr-o gaură rotundă suficient de mică, atunci pe ecran va fi văzută o pată deschisă sau întunecată în centrul inelelor întunecate și deschise alternând.

Acest fenomen de propagare a luminii în regiunea unei umbre geometrice, care indică o abatere de la legea dreptății de propagare a luminii, se numește difracția luminii.

Pentru a obține spectre de difracție luminoase, site de difracție ki. Un grătar de difracție este o placă plată de sticlă pe care se aplică o serie de curse paralele folosind o mașină de divizare (în rețele bune - până la 1000 de curse pe milimetru). Cursurile sunt practic opace la lumină, deoarece datorită rugozității lor, împrăștie în mare parte lumina. Golurile dintre curse transmit liber lumina și se numesc fante.

Se numește combinația dintre lățimea cursei și spațiul transparent constantă de perioadă sau de rețea. Dacă notăm lățimea cursei cu b, și lățimea slotului A, apoi perioada latice

Lasă razele de lumină să cadă pe grătar perpendicular pe plan. Lumina, care trece prin fiecare fantă, experimentează difracția, adică se abate de la o linie dreaptă. Dacă o lentilă este plasată în calea razelor care se propagă de la fantele de rețea și un ecran este plasat în planul focal al lentilei, atunci toate razele paralele care vin la același unghi față de normală vor fi colectate pe ecran la una. punct (Figura 1). Razele care vin dintr-un unghi diferit vor converge într-un punct diferit. Iluminarea fiecărui punct al ecranului va depinde atât de intensitatea luminii dată de fiecare fantă separat, cât și de rezultatul interferenței razelor care au trecut prin diferite fante.

unde d este perioada rețelei, φ este unghiul de deviere al grinzilor.

Poza 1

Dacă această diferență este egală cu un număr par de semi-unde, maximul de iluminare va fi observat în direcția unghiului φ:

d sinφ = 2kλ/2 = kλ, (1)

si cu conditia

d sinφ = (2k+1)λ/2 (2)

minim se respecta.

Este ușor de observat că, cu o diferență de cale ∆=kλ, toate celelalte sloturi vor da, de asemenea, un maxim în direcția unghiului φ, deoarece în toate cazurile, diferențele de cale vor fi multiple. Aceste maxime se numesc cele principale.

Deci, cu incidența normală a razelor pe rețea pentru maximele principale obținute pe ecran din rețeaua de difracție, avem relația:

d sinφ = kλ, (3)

unde k - 1,2,3 ,...un întreg numit după spectrul de rânduri. Conceptul de ordine a spectrului se datorează faptului că pe ecran se observă un număr de maxime, situate simetric față de banda albă (spectru de ordinul zero), formată din lumina care a trecut prin rețea fără deviere.

Din formula (3) se poate observa că cu cât lungimea de undă este mai mare, cu atât unghiul de difracție corespunde mai mare cu poziția maximului (Figura 2). Când lumina monocromatică cade pe grătar, pe ecran apar dungi monocrome. Formula (3) vă permite să determinați lungimea undei luminoase:

λ =d sinφ/k. (4)

Determinarea lungimii de undă se reduce la măsurarea unghiului φ. Un dispozitiv special de goniometru este utilizat pentru măsurarea unghiurilor (Figura 3). Unde K este un calimator cu fantă (pentru a obține un fascicul îngust de fascicule paralele); T - lunetă; OK - un ocular cu un fir pentru îndreptarea țevii către o anumită linie a spectrului; C - scară circulară cu vernier;

Figura 2

dr - rețeaua de difracție.

Epigraf:

„Apreciez o experiență mai mult decât o mie de opinii născute numai din imaginație.”
M. Lomonosov.

Obiectivele lecției:

1. Dezvoltarea abilităților.
   Capacitatea de a utiliza materialul studiat pentru rezolvarea problemelor de calcul și practice. Să fie capabil să aplice cunoștințele matematice la legile fizice.
2. Formarea valorilor.
   Lumina albă are o structură complexă, știind care poate explica varietatea de culori din natură. Folosind o rețea de difracție sau o prismă, lumina albă poate fi descompusă într-un spectru care constă din șapte culori primare: roșu, portocaliu, galben, verde, albastru, indigo, violet.
3. Comportament rezonabil în mediu.
   În afara noastră, în natură, nu există culori, există doar valuri de lungimi diferite. Ochiul este un dispozitiv optic complex capabil să detecteze o diferență de culoare, care corespunde unei diferențe ușoare (aproximativ 10-6 cm) în lungimea undelor luminoase.

Rezultate asteptate:

1. Formarea abilităților elevilor de a lucra cu formulele studiate, abilități de a efectua lucrări practice.
2. Utilizați cunoștințele matematice pentru a calcula rezultatul unei sarcini experimentale.
3. Capacitatea și abilitățile studenților de a lucra cu literatură suplimentară și de referință.

Structura lecției:

1. Aplicarea materialului studiat pentru a finaliza sarcina de testare
2. Vizualizarea în / fragment „Fraunhofer Diffraction”, conversație frontală pe acest material (întrebările sunt scrise pe tablă).
3. Munca de bord. Rezolvarea problemei nr. 2405 din colecția de probleme de fizică de G.N. Stepanova.
4. Efectuarea de lucrări experimentale pe tema „Determinarea lungimii unei unde luminoase (pentru o culoare specificată) utilizând un rețele de difracție”.
5. Lucrează cu o carte de referință despre fizică și tehnologie de A.S. Enohovich. Compararea rezultatelor obținute cu datele de referință și generalizarea rezultatelor experimentului.
6. Rezumând lecția. Atribuirea temelor diferențiate.

Obiectivele lecției:

• Educational : Repetați formulele studiate în lecțiile anterioare, aplicați cunoștințele matematice pentru a rezolva probleme de calcul. Utilizați materialul studiat în rezolvarea problemelor și efectuarea lucrărilor experimentale de determinare a lungimii unei unde luminoase cu ajutorul unui rețele de difracție.
• În curs de dezvoltare: Pentru a dezvolta interesul cognitiv al elevilor, capacitatea de a gândi logic și de a generaliza. Dezvoltați motive pentru învățare și interes pentru fizică și matematică. Dezvoltați capacitatea de a vedea legătura dintre fizică și matematică. Pentru a îmbunătăți capacitatea elevilor de a evidenția principalul lucru, de a analiza condițiile problemei, de a dezvolta cultura vorbirii orale și scrise.
• Educational Să cultive dragostea pentru munca elevilor, perseverența în atingerea scopului, capacitatea de a lucra în perechi. Cultivați o cultură a calculelor matematice. Respect reciproc.

În timpul orelor.

1. Repetarea și generalizarea materialului studiat

Lumina albă are o structură complexă, știind care poate explica varietatea de culori din natură. Folosind o rețea de difracție sau o prismă, lumina albă poate fi descompusă într-un spectru care constă din șapte culori primare: roșu, portocaliu, galben, verde, albastru, indigo, violet. În afara noastră, în natură, nu există culori, există doar valuri de lungimi diferite. Ochiul este un dispozitiv optic complex capabil să detecteze o diferență de culoare, care corespunde unei diferențe ușoare (aproximativ 10-6 cm) în lungimea undelor luminoase. În lecțiile anterioare, ne-am familiarizat cu proprietățile undelor luminoase: interferență, dispersie, difracție, polarizare.

Astăzi vom rezuma cunoștințele dobândite în practică. Dar mai întâi, ne vom aminti materialul ultimei lecții, în care ne-am familiarizat cu dispozitivul și principiul de funcționare al unui dispozitiv optic - o rețea de difracție.

2. Prezentare pe tema: „Grătul de difracție”.

Dispozitivul unui rețele de difracție se bazează pe fenomenul de difracție, care este o combinație a unui număr mare de fante foarte înguste separate de goluri opace. ( Anexa 1, slide 2)

Lățimea fantelor transparente este A, iar lățimea fantelor opace este egală cu b.

un +b=d,d- perioadă de grătar.

Luați în considerare teoria elementară a unui rețele de difracție. Fie o undă monocromatică plană de lungime λ incidentă pe rețea. (Anexa 1, slide 3).
Sursele secundare din fante creează unde luminoase care se propagă în toate direcțiile.

Să găsim condiția în care undele care vin din sloturi se amplifică reciproc. Pentru aceasta, considerăm undele care se propagă în direcția determinată de unghiul φ.
Diferența de cale dintre undele de la marginile fantelor învecinate este egală cu lungimea segmentului AC . Dacă pe acest segment se potrivește un număr întreg de lungimi de undă, atunci undele din toate sloturile, însumând, se vor întări reciproc. Dintr-un triunghi ABC puteți găsi lungimea piciorului AC:
AC=ABsinφ.

Maximele vor fi observate în unghi φ , determinat de condiție

d*sinφ =k*λ

Trebuie avut în vedere că atunci când această condiție este îndeplinită, undele care vin din toate celelalte puncte ale sloturilor sunt amplificate. Fiecare punct din primul slot corespunde unui punct din al doilea slot, situat la o distanta d de primul punct. Prin urmare, diferența de cale a undelor secundare emise de aceste puncte este egală cu k*λ, iar aceste unde se întăresc reciproc.
O lentilă convergentă este plasată în spatele grătarului și un ecran în spatele acesteia la o distanță focală față de obiectiv. Lentila focalizează razele mergând în paralel într-un punct, unde se adaugă și se amplifica reciproc. colțuri φ , îndeplinind condiția, determinați poziția maximelor pe ecran.

Deoarece poziția maximelor (cu excepția celei centrale corespunzătoare lui k = 0) depinde de lungimea de undă, apoi rețeaua descompune lumina albă într-un spectru (spectrele de ordinul doi și trei se suprapun). Cu atât mai mult λ , cu cât unul sau altul maxim corespunzător unei lungimi de undă date este situat de maximul central. Fiecare valoare are propriul spectru. Între maxime sunt minimele de iluminare. Cu cât numărul de sloturi este mai mare, cu atât maximele sunt mai clar definite și minimele sunt mai largi de care sunt separate. (Anexa 1, slide 4) Energia luminoasă incidentă pe rețea este redistribuită de acesta în așa fel încât cea mai mare parte a ei cade pe maxime, iar o parte nesemnificativă a energiei cade în minime.
Cu o rețea de difracție, se pot face măsurători foarte precise a lungimii de undă. Dacă perioada de rețea este cunoscută, atunci determinarea lungimii de undă se reduce la măsurarea unghiului φ , corespunzătoare direcţiei la maxim. (Anexa 1, slide 5)

d*sin φ=k*λ

λ = , deoarece unghiurile sunt mici, atunci sin φ = tg φ

tg φ = , atunci λ = ,

Exemple de rețele de difracție sunt: ​​genele noastre cu spații între ele sunt un rețele de difracție aspră.(Anexa 1, slide 6) Prin urmare, dacă strâmbiți la o sursă de lumină puternică, puteți detecta culori irizate. Lumina albă se descompune într-un spectru atunci când este difractată în jurul genelor. Un disc laser cu caneluri apropiate este ca un rețele de difracție reflectorizante. Dacă te uiți la lumina reflectată de acesta de la un bec electric, vei găsi descompunerea luminii într-un spectru. Se pot observa mai multe spectre corespunzătoare unor valori diferite k. Imaginea va fi foarte clară dacă lumina de la bec cade pe placă la un unghi mare.

3. Efectuarea unei sarcini de testare.

eu optiunea.

1. 
   DAR.ν 1 = ν 2
   B. Δφ = 0
   LA.Δφ = const
   G.ν 1 \u003d ν 2, Δφ \u003d const
2. λ ℓ 1 și ℓ 2 din punctul M. ( Poza 1) La punctul M se observă următoarele:
   DAR. Maxim;
   B. Minim;
   LA. Răspunsul este ambiguu;
   G.
3. n 1 n 2. Care este raportul dintre n 1și n 2?
   DAR. n 1< n 2
   B. n 1 = n 2
   LA. n 1 > n 2
   G. raspunsul este ambiguu
4. d λ φ , sub care se observă primul maxim principal?
   DAR. sinφ =λ/d
   B. sinφ =d/λ
   LA. cos φ= λ/d
   CU. cos φ= d/λ
5. 
   DAR.
   B. Difracția undelor sonore, deoarece . λstr.>> λstr.
   LA. λstr.<< λсв .
   G.
6. 
   DAR. A
   B. b
   LA. sau a sau b în funcție de dimensiunea discului.

eueu optiunea.

1. Undele luminoase sunt coerente dacă:
   DAR.ν1 = ν2 , Δφ = const B.ν1 = ν2 LA. Δφ = 0 G. Δφ = const
2. Două surse coerente cu o lungime de undă λ situate la distante diferite ℓ1 și ℓ2 din punctul M.( Figura 2) La punctul M se observă următoarele: DAR. Maxim; B. Minim; LA. Răspunsul este ambiguu; G. Niciunul dintre răspunsurile A-B nu este corect.
3. Pentru a „lumina” optica de pe suprafața sticlei cu un indice de refracție n1 aplicați o peliculă subțire transparentă cu indice de refracție n2. Care este raportul dintre n1și n2?
   DAR. n1 = n2 B. n1 > n2 LA. n1< n2 G. raspunsul este ambiguu
4. Rețeaua de difracție cu punct d iluminat de un fascicul de lumină incident normal cu o lungime de undă λ . Care dintre următoarele expresii definește unghiul φ , sub care se observă cel de-al doilea maxim principal? DAR. sinφ = 2λ/d B. sinφ =d/2λ LA. cos φ= 2λ/d CU. cos φ= d/2λ
5. Ce este mai ușor de observat în viața de zi cu zi: difracția undelor de sunet sau de lumină?
   DAR. Difracția undelor luminoase, deoarece λstr.<< λсв .
   B. Difracția undelor luminoase, datorită particularității organismului vizual - ochiul.
   LA. Difracția undelor sonore, deoarece sunt longitudinale, iar undele luminoase sunt transversale.
   G. Difracția undelor sonore, deoarece . λstr.>> λstr.
   
6. Când un disc mic este iluminat cu lumină albă monocromatică, pe ecran se observă un model de difracție. În centrul modelului de difracție se observă: A. punct alb; b. pată întunecată.
   DAR. A B. b LA. sau a sau b în funcție de raza găurii.

Vizualizați/fragmentați „Difracția Fraunhofer”.

Întrebări pentru acest articol:

1. Ce este o rețea de difracție?
   Răspuns: Un rețele de difracție este o colecție de un număr mare de fante foarte înguste separate de goluri opace.
2. Care este diferența dintre spectrele prismatice și spectrele de difracție?
   Răspuns: Rețeaua de difracție și prismă - instrumente spectrale - analizoare de spectru. Spectrul obținut cu o prismă este mai puternic întins în partea cu lungime de undă scurtă și comprimat în partea cu lungime de undă lungă, deoarece Prisma deviază mai puternic razele violete. Rețeaua de difracție deviază mai puternic razele roșii, spectrul este aproape uniform.
3. Ce determină distanța unghiulară dintre maximele din spectrul de difracție?
   Răspuns: Distanța unghiulară dintre maximele din spectrul de difracție depinde de constanta rețelei de difracție. Cu cât constanta rețelei de difracție este mai mică, cu atât distanța unghiulară dintre spectre este mai mare.
4. Ce determină puterea de rezoluție a unui instrument?
   Răspuns: Claritatea liniilor spectrale crește odată cu numărul de fante, cu cât este mai mare numărul de fante, cu atât spectrul este mai larg, aceasta determină puterea de rezoluție a dispozitivului.
5. Ce grătare se numesc reflectorizante?
   Răspuns: De la sfârșitul secolului trecut, grătarele reflectorizante au devenit larg răspândite. În astfel de grătare, există până la câteva mii de curse pe 1 mm. Cu cât sunt mai multe linii pe 1 mm, cu atât lățimea unghiulară a spectrului este mai mare.
6. Ce tipuri de grile cunoașteți?
   Răspuns: Eșalonul Michelson - difracție la marginile treptelor;
   Grilaj sferic concav - servește ca oglindă de focalizare fără lentilă;
   Rețele de difracție încrucișate - formează o structură de difracție bidimensională, descompunând spectrul în două coordonate;
   Structură dezordonată (fereastră prăfuită) - formează inele irizate;
   Genele umane cu goluri între ele formează un grătar de difracție grosieră.
7. Care sunt dispozitivele optice care folosesc rețele de difracție și în ce domenii ale științei sunt folosite?
   Răspuns: Rețelele de difracție sunt utilizate în spectroscoape, spectrografe, microscoape speciale, în astronomie, fizică, chimie, biologie, tehnologie, pentru studiul spectrelor de absorbție și reflexie ale substanțelor, pentru studiul proprietăților optice ale diferitelor materiale, în producția pentru analiza expresă a diferitelor substanțe .

Multe fante înguste, aflate la o distanță mică unele de altele, formează un dispozitiv optic minunat - o rețea de difracție. Rețeaua desfășoară lumina într-un spectru și vă permite să măsurați foarte precis lungimea de undă a luminii.

Înainte de a trece la lucrarea experimentală, vom rezolva problema determinării lungimii de undă cu ajutorul unui rețele de difracție și vom repeta formula de determinare a condiției în care undele care provin din sloturi se amplifica reciproc.

Rezolvarea problemei. Munca de bord.

Nr. 2405 - S.

Folosind un rețele de difracție cu o perioadă de 0,02 mm, prima imagine de difracție a fost obținută la o distanță de 3,6 cm de maximul central și la o distanță de 1,8 m de rețea. Găsiți lungimea de undă a luminii.

4. Îndeplinirea sarcinii experimentale. Lucru de grup.

Subiect: « Determinarea lungimii de undă a luminii utilizând o rețea de difracție.

Sarcină experimentală: folosind instalația prezentată în figura 3, determinați lungimea de undă (a culorii specificate).

Acordați atenție imaginii (Anexa 1, diapozitivul 7). Grila este instalată în suportul 2, care este atașat la capătul riglei 1. Pe riglă există un ecran negru 3 cu o fantă verticală îngustă în mijloc. Există cânte milimetrice pe ecran și riglă. Întreaga configurație este montată pe un trepied.

Comandă de lucru:

1. Deplasați scala cu fanta de direcție cât mai departe posibil de rețeaua de difracție. ( Anexa 2).
2. Îndreptați axa instrumentului către o lampă cu filament drept. (în acest caz, filamentul lămpii ar trebui să fie vizibil prin firul îngust de vizualizare al scutului. Priviți cu atenție mai întâi la stânga și apoi la dreapta fantei. În acest caz, la dreapta și la stânga fantei, pe un fundal negru deasupra scalei, vor fi vizibile modelele de difracție (spectre).
3. Fără a muta dispozitivul, utilizați scara pentru a determina poziția punctelor medii ale benzilor de culoare în spectrele de ordinul întâi. Înregistrați rezultatele într-un tabel.
4. Calculați lungimea de undă din măsurători. Comparați-o cu valoarea lungimii de undă pentru acea culoare a luminii dată în manual. Faceți o concluzie.

d*sin φ=k*λ

λ = d * sin φ/ k, deoarece unghiurile sunt mici, atunci sin φ = tg φ

tg φ = , atunci λ =

Tabelul cu rezultate:

Deci, în lecția de astăzi, am repetat din nou proprietățile undelor luminoase, am efectuat o determinare practică a lungimii unei unde luminoase folosind un dispozitiv optic - o rețea de difracție, am comparat datele obținute cu rezultatele de referință,

Toate acestea ne-au permis să concluzionam că rețeaua de difracție ne permite să determinăm lungimea de undă a luminii cu mare precizie.

Cărți uzate.

1. Fizica: Proc. Pentru 11 celule. educatie generala instituții / G.Ya. Myakishev, B.B. Buhovtsev. - Ed. a XII-a. - M: Iluminismul, 2004.
2. Fizica: Proc. Pentru 11 celule. educatie generala instituții / N.M. Shakhmaev, S.N. Shakhmaev, D.Sh. Shodiev - M: Educație, 2000.
3. Optica undelor: manual.- M.: Drofa, 2003.
4. Curs școlar de fizică: teste și teme. - M .: Şcoală-Presă, 1996.
5. Manual de Fizică și Tehnologie: Proc. Un ghid pentru elevi - M .: Educație, 1989.
6. Culegere de sarcini la fizică pentru clasele 10-11, autor. G.N. Stepanova - M .: Educație, 2001.