Задание 1. Определение постоянной дифракционной решетки.

1. Установите на столике гониометра дифракционную решетку так, чтобы ее плоскость была перпендикулярна оптической оси коллиматора. Включите ртутную лампу.

2. Отпустите винт 7 (рис.4) и поверните зрительную трубу так, чтобы совместить оптические оси коллиматора и зрительной трубы. В поле зрения зрительной трубы должен появиться нулевой максимум – изображение щели коллиматора белого цвета.

3. Сфокусируйте это изображение при помощи винта 12. Заверните винт 7 и, вращая микрометрический винт 6, точно совместить изображение щели с вертикальной линией окуляра зрительной трубы.

4. Произведите отсчет угла φ₀ по лимбу с точностью до минут.

5. Отпустите винт 7 и, поворачивая зрительную трубу вправо получите изображение максимума порядка m = 1 для длины волны, соответствующей зеленому цвету. Повторяя пункты 3 и 4, определите φ₁.

6. Подобным образом снимите отсчеты для зеленой линии в спектрах , 2-го, и 3-го порядков φ₂ , φ₃ вправо и в спектрах –1-го, –2-го, –3-го порядков влево φ₁ , φ₂ , φ₃ . Из полученных данных вычислите углы дифракции φ_i:

φ_i =│φ_i – φ₀│ и φ_-i =│φ_i – φ₀│

7. Используя условие (2), найдите постоянную решетки. Длина волны зеленой линии ртути 546 нм. Зная постоянную решетки, определите число щелей на 1 мм дифракционной решетки.

Задание 2. Определение угловой и линейной дисперсии дифракционной решетки.

1. Отпустите винт 7 и, поворачивая зрительную трубу вправо, перейдите в спектр второго порядка.

2. Для двух желтых линий с длинами волн λ₁ = 577 и λ₂ = 579 нм определите углы дифракции φ₁ и φ₂.

3. Вычислите угловое расстояние δφ = φ₂ – φ₁ и разность длин волн этих линий δλ = λ₂ – λ₁. По формуле (4) вычислите величину угловой дисперсии дифракционной решетки.

4. Зная угловую дисперсию решетки и фокусное расстояние f окуляра (оно указано на приборе), по формуле (7) вычислите величину линейной дисперсии дифракционной решетки.

5. Произведите измерения угловой и линейной дисперсии в спектре 3-го порядка, используя те же спектральные линии, и сравните результаты.

Задание 3. Вычисление разрешающей способности дифракционной решетки.

Вычислите по формуле (9) величину разрешающей способности дифракционной решетки в спектрах 1-го, 2-го, 3-го и 4-го порядков. Для определения полного числа штрихов решетки N необходимо знать длину заштрихованной части решетки (она может быть указана на решетке или ее следует измерить) и постоянную решетки (ее значение взять из первого упражнения).

Контрольные вопросы

1. Дифракция света, принцип Гюйгенса – Френеля.

2. Классификация дифракционных явлений (дифракция Френеля и Фраунгофера).

3. Дифракция Фраунгофера на одной щели.

4. Дифракция Фраунгофера на N щелях. Дифракционная решетка.

5. Дифракционная решетка как спектральный прибор. Вывести выражения для угловой дисперсии, линейной дисперсии и разрешающей способности дифракционной решетки.

6. Начертите оптическую схему установки и объясните назначение ее элементов.

7. Обсудите полученные экспериментальные результаты.