3 (1120594)
Текст из файла
Работа № 3 ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЙ, ОБУСЛОВЛЕННЫХ ДИФРАКЦИЕЙ Цель работы: наблюдение дифракции света на дифракционной решетке, определение периода дифракцио иной решетки и области пропускания светофильтров Оборудование: дифракционные решетки, экран с щелью, оптическая скамья, источники света ( ртутная лампа, лампа накаливания). Описание метода измерений. Ди фрак и и е й называется явление огибания волнами препятствий. Применительно к световым волнам дифракция означает проникновение света в область геометрической тени. Одним из наиболее распространенных технических средств для создания дифракцио нных эффектов служит дифракционная решетка. Дифракционной решеткой называется тонкая структура, содержащая ряд параллельных равноотстоящих и близко расположенных друг от друга щелей. Расстояние Ы между серединами соседних щелей или сумма прозрачной а и непрозрачной о частей называется постоянной дифракционной решетки И=а+ Ь (рис.1). При падении плоской световой волны на решетку каждый элемент ее поверхности становится источником вторичных к огерентных волн.
Результирующее световое колебание в любой точке пространства а Ь определяется согласно приниипу Гюйгенса-Френеля суммированием вторичных волн, приходящих в д данную точку от всех элементов решетки, с учетом их амплитуд и фаз. Ау Если на пути волн за решеткой поставить собирающую линзу, то в Рис. 1 плоскости будет наблюдаться дифракционная картина 1рис.2). Дифракционную картину можно наблюдать непосредственно глазом, воспринимая лучи, прошедшие сквозь решетку. Роль линзы в этом случае играет хрусталик глаза.
Главные дифракционные максимумы возникают в тех направлениях, для которых оптическая разность хода лучей, идущих от соседних щелей решетки, равна целому числу длин волн 1,: Ау=и Я. Из рис.1 видно, что оптическая разность хода лучей, идущих от двух соседних щелей под углом дифракции р, ЛУ=Н хгигл. (1) Таким образом, углы дифракции, под которыми наблюдаются максимумы, определяются условием И л1иу=т Л.
(2) Здесь т=О,+1,+2...- порядок дифракционного максимума. Из формулы (2) следует, что если падающий свет содержит несколько различных длин волн, то решетка разложит его в спектр (рис.З). В направлении начального распространения света ( р=-О) возникает максимум ш=О Рис.
2 Фиол Кр Фл Фл Кр Фиол нулевого порядка (т=О). Справа и слева от него возникнут сплошные или линейчатые спектры различных порядков (и=+1,+2...). В каждом из спектров максимумы более коротких длин волн располагаются ближе к центральной полосе. Угловой дисперсией спектрального прибора Х)~называют величину .0 й'~О и где Ну - угловое расстояние между близкими спектральными линиями, Ы - разность длин волн этих спектральных линий.
Для нахождения конкретного вида выражения В„продифференцируем уравнение (2). Тогда получим Ж Ысозгр где т - максимальный порядок спектра, который можно получить с помощью решетки, Ы - период решетки, гр - угол между нормалью и направлением на т — й порядок спектра (Для малых р: О = т/и) . Линейной дисперсией называют величину, численно равную отношению расстояния сП на экране (или фотопластинке) между близкими спектральными линиями к разности ~И длин волн этих спектральных линий д1 В~=— йЯ Из рис.4 следует, что при малых (л отрезок й1=~йр, где 1 - главное фокусное расстояние линзы. Тогда О,=.1 — '=У~ Ы~~ и Рис. 4 Описание установки Оптическая схема установки показана на рис.5. Все элементы установки помещаются в стойках на оптической скамье.
Свет от источника 1, пройдя через щель 2, попадает на дифракционную Рис. 5 решетку 3. Дифракционная картина наблюдается непосредственно глазом 4 на экране 5. Максимум нулевого порядка (центральный) совпадает со щелью. 11о обе стороны от нее расположены главные максимумы первого, второго и т.д. порядков. На экране находится отсчетная линейка. Из рис.5 видно, что Лап(в= —, (3) Л'+1' где Х. - расстояние от экрана до дифракционной решетки; 1- расстояние от щели до максимума с углом дифракции р. Подставляя значение синуса в уравнение (2), получаем для Ы ./Р+р „ д=т Ф Задание 1, Исследование линейчатого спектра (определение постоянной дифракуионной решетки) 14 ° ° ° е Ф ° в. ' е - . ° 1 П ° ° ° а ! ° ° е! ° ! и е е Ф ° 1 ' ° ° ° е ° ° !ВВ ! П ° ° В В ° ° "° П ° ° 1 Е ° е" и ° " ° ° ° ° ° $1 1, Е ° ° ' ! ° 1 4 ° ' ° ° ° 1 ! П ° ° $ ° .
'° ° ° ° ° ° В ° В ° ' ! ° ° ' 1 ° ° ' Е!Е П Ф ° 1 ° ° е $1 ВВ ° ° 1! > П е ° ° В В В В В ! ° ° ! '- е ° . в б, Аналогичные измерения проводим для других ярких линий спектра ртути, и результаты заносим в ту же таблицу. 7. По полученным данным для каждой линии спектра рассчитываем ее среднее расстояние 1 от центрального максимума и постоянную дифракционной решетки по формуле (4). Находим среднее значение величины Ы. 3.
Рассчитываем доверительный интервал(приложение П) Ы. 9. Записываем окончательный результат и сделаем выводы. Задание 2. Исследование светофильтра (определение области, прозрачности светофильтра в видимой части спектра с помощью дифракционной решетки). Часть сплошного спектра, для которой данный фильтр прозрачен" называется областью прозрачности светофильтра или полосой пропускания светофильтра.
Цель данного упражнения - определить область прозрачности фильтра. Для этого надо найти коротковолновую Х и длинноволновую Хд границу области прозрачности фильтра. Область прозрачности находится между 3. и Хд 1. На оптическую скамью (рис. 5) устанавливаем лампу накаливания 1, дающую сплошной спектр, экран 4 со щелью 2и дифракционную решетку 3. Постоянная решетки указана на ее корпусе. 2. Подключив галогеновую лампу к «Блоку питания ламп» в разъем «Галогеновая лампа», включаем галогеновую лампу и, перемещая щель или дифракционную решетку вертикальном направлении, добиваемся попадания светового луча на дифракционную решетку. 3.
Наблюдаем через дифракционную решетку на экране со шкалой 4 дифракционную картину в виде сплошных спектров. Регулируя расстояние между дифракционной решеткой и щелью, получаем четкое изображение спектров 1 и 2 порядков, 4. Устанавливаем исследуемый светофильтр 5 (рис. 5) и записываем его цвет в табл. 2. 5. Измеряем расстояние Х между дифракционной решеткой к экраном.
б. Наблюдаем спектры первого порядка. По шкале слева Р и справа 1" от центрального максимума определяем положение коротковолновой границы пропускаемого светофильтром света (рис. 6) с точностью до 1 мм. Результаты измерения заносим в табл. 2. 16 Таблица 2 Ф д2 1д~ 1к~ кз й В /к! 1д! Ф 1л 30 20 10 О '10 20 30 40 50 б0 60 50 40 гп=-1 гп=О пт=1 Рис. б пропускаемого светофильтром света. Результаты измерений и расчетов заносим также в табл.2. 10.
Делаем выводы. 11, Аналогичные измерения и расчеты по пп. 6-10 проводим для других светофильтров. 17 7. Находим среднее значение 1, и по формуле (4) рассчитаем коротковолновую 3,к границу спектра. 3. Аналогичные измерения и расчеты проводим для спектра второго порядка. Из двух полученных значений 3,к до 1 и 2 порядку спектра берем среднее. Это и будет окончательным значением коротковолновой границей пропускаемого светофильтром света.
9, Повторяем пункты б-8 для нахождения длинновол новой границы Вопросы 1. Какое явление называется дифракцией света? 2. В чем заключается принцип Гюйгенса-Френеля? 3. Какое отличие дифракции Фраунгофера от дифракции Френеля? 4. Запишите формулу, определяюшую положение главных максимумов интенсивности света. 5.
Каково условие минимума для решетки? б. Дайте определение угловой дисперсии и разрешающей способности решетки. 7. В чем отличие дифракционной картины при наблюдении в моно- хроматическом и белом свете? 8, Что такое порядок спектра? 9, Что называется областью прозрачностью светофильтра? .
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
