Томский политехнический университет

Отделение естественных наук ШБИП

Отчет по лабораторной работе В0-02

Измерение длины световой волны с помощью дифракционной решетки

Студент гр. ___1Б92_________________

Ф.И.О. _Кшинин Иван Бахтиёрович___________________________

к выполнению лабораторной работы ДОПУЩЕН

________________________

^{подпись преподавателя}

Цель работы: измерение длины световой волны с помощью дифракционной решетки.

Приборы и принадлежности: дифракционные решетки, лампа с прямой нитью накаливания, штатив, линейка.

КРАТКОЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Дифракция света – это явление отклонения света от прямолинейного направления его распространения во время прохождения рядом с препятствиями

Дифракционная решетка – это оптический прибор, действие которого основано на использовании явления дифракции света.

Условие минимума на одной щели:

Условие главных максимумов при дифракции на дифракционной решетке:

Добавочные минимумы возникают при противофазном сложении в точке наблюдения колебаний, идущих от различных щелей при условии:

СХЕМА УСТАНОВКИ

Схема установки состоит:

1. Решётка;

2. Держатель;

3. Линейка;

4. Чёрный экран с линейкой снизу;

Рис.10 Вид из дифракционной решетки

РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ

Таблица 1

Расстояние от решетки до экрана a=9 см, порядок спектра k=1, период оешетки d= 0,01 мм			Расстояние от решетки до экрана a=9 см, порядок спектра k=2, период оешетки d= 0,01 мм
Цвет полосы	b мм	нм	b, мм	нм
Фиолетовый	4.00	444	8.00	444
Синий	4.25	472	8.50	478
Голубой	4.50	500	9.25	514
Зеленый	4.75	527	9.75	541
Желтый	5.00	556	10.25	569
Оранжевый	5.50	611	11.00	611
Красный	6.50	722	13.00	722

Используя формулу вычислите длину волны света для каждого цвета; результаты измерений занесите в таблицу 1.

Таблица 2

Расстояние от решетки до экрана a=7 см, порядок спектра k=1, период решетки d= 0,01 мм			Расстояние от решетки до экрана a=7 см, порядок спектра k=2, период оешетки d= 0,01 мм
Цвет полосы	b мм	мм	b, мм	мм
Фиолетовый	3.00	4.28	6.00	4.28
Синий	3.25	4.64	6.50	4.64
Голубой	3.50	5.00	7.00	5.00
Зеленый	4.00	5.57	7.75	5.53
Желтый	4.25	6.07	8.25	5.89
Оранжевый	4.50	6.43	8.75	6.25
Красный	5.00	7.14	10.0	7.14

Используя формулу вычислите длину волны света для каждого цвета; результаты измерений занесите в таблицу2.

Сравните полученные результаты.

Измерения провел студент группы____1Б92

____________Кшинин Иван Бахтиёрович___

^{(Фамилия И.О.)}

Дата19.03.2021

Вывод:

При увеличении расстояния от решетки до экрана падает точность, при постоянном периоде решетки длина волны будет зависеть от условий среды, а также от расстояния между решеткой и экраном. Длины световых волн были рассчитаны с помощью дифракционной решётки на разных расстояниях от решетки до экрана, при уменьшении этого расстояния точность определения световой волны снижается, так как спектр смещается. Но при повышении порядка ДР точность повышается.

Из сравнения результатов были выявлены следующие закономерности: красный цвет имеет наибольшую длину волны, фиолетовый – наименьшую; на одинаковом расстоянии от решетки до экрана при разных порядках длины одинаковых цветов примерно равны; также при разном расстоянии от решетки до экрана длины одинаковых цветов примерно равны.

Фиолетовый спектр не входит в диапазон длин, при расстоянии 9см до решетки и отклоняется на 4 нм от максимального требуемого значения. Причина – большое расстояние до решетки.

На примере фиолетовой решетки

Длина 3		Длина 7		Длина 9
444 нм		457 нм		488 нм

Условия данные нам не позволяют нам попасть в диапазон длин волн цветов!

Период решетки и среда никак не влияют на условия эксперимента так как они у нас во время всего эксперимента не меняются, на эксперимент влияет расстояние/

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что называется дифракцией света?

2. Что представляет из себя дифракционная решетка?

3. Какой свет называется монохроматический?

4. Что такое период дифракционной решетки?

5. Нарисуйте и поясните ход лучей через дифракционную решетку

6. Что такое разрешающая способность дифракционной решетки?

7. Как рассчитывается угловая дисперсия?

ОТВЕТЫ НА ВОПРОСЫ

1. Дифракцией света называется явление отклонения света от прямолинейного направления распространения при прохождении вблизи препятствий. При дифракции световые волны огибают границы непрозрачных тел и могут проникать в область геометрической тени.

2. Дифракционная решётка — представляет собой совокупность большого числа регулярно расположенных штрихов нанесённых на некоторую поверхность

3. Монохроматический свет – это световые колебания одной частоты. Свет, близкий к монохроматическому свету, получают, выделяя спектральную линию или узкий участок спектра при помощи спектральных приборов

4. Период дифракционной решетки — это сумма ширины прозрачного участка и ширины штриха.

5. На щелях решетки, ширина которых соизмерима с длиной волны света, происходит дифракция. В результате за дифракционной решеткой согласно принципу Гюйгенса-Френеля от каждой точки щели световые лучи будут распространяться во всех возможных направлениях, которым можно сопоставить углы отклонения световых лучей от первоначального направления. Параллельные между собой лучи можно сфокусировать, установив за решеткой собирающую линзу. Каждый пучок параллельных лучей соберется в задней фокальной плоскости линзы в определённой точке

6. Разрешающая способность дифракционной решетки это одна из основных ее характеристик. Ей характеризуется возможность разделения при использовании решетки двух близких спектральных линий с длинами волн λ и λ+Δλ. Либо же это отношение длины волны к наименьшему интервалу длин волн.

7. где угловая дисперсия –

Измерения провел студент группы____1Б92_________

____________Кшинин Иван Бахтиёрович___

^{(Фамилия И.О.)}

Проверил Преподаватель__________________

__________Евдокимов Кирилл Евгеньевич___

Скрины

10