Part_1

невеликою ( 50 200) кількістю штрихів на 1мм виготовляють фотографічним способом.

Стала дифракційної решітки d пов'язана з кількістю щілин n на 1 мм таким співвідношенням: d l / N , а оскільки n N / l , то d 1/ n , де l – довжина решітки, а Ν – загальна кількість щілин, яка є у неї.

Основними характеристиками дифракційної решітки є кутова та лінійна дисперсія, дисперсійна область і роздільна здатність.

Кутовою дисперсією називається величина D / , де – кутова

відстань між двома спектральними лініями, яким відповідають довжини хвилі

і .

Продиференціювавши формулу (2), отримаємо для кутової дисперсії:

D k / d cos .							(4)
Для малих кутів дифракції маємо:
cos 1 і D		k		k	N	.	(5)
		d			l
Лінійною дисперсією називають величину
Dl l / ,							(6)

де l – лінійна відстань на екрані між двома максимумами k –того порядку для хвиль і .

Якщо фокусна відстань лінзи дорівнює F, у фокусній площині якої

спостерігається дифракційна картина, то l F , а
Dl F D F k / d .	(7)

Максимальна ширина спектрального інтервалу , в якому спектри ще не перекриваються, називається дисперсійною областю спектрального приладу.

Найменша різниця довжин хвилі двох спектральних ліній , при яких спектральний прилад розділяє їх окремо, називається спектральною роздільною відстанню, а величина

R /	(8)
– роздільною здатністю приладу.
Для дифракційної решітки Р. Релей	запропонував такий критерій

спектрального розділення (критерій Релея): спектральні лінії з довжинами івважаються розділеними, якщо головний максимум дифракційної картини для однієї довжини хвилі збігається за своїм розміщенням з першим дифракційним мінімумом того самого порядку для другої довжини хвилі, а інтенсивність в проміжку між максимумами становить не більше ніж 80% від інтенсивності максимуму. Роздільна здатність решітки пропорційна порядку дифракційного спектра і кількості N щілин, тобто R kN .

Завдання та методика експерименту

При роботі з дифракційною решіткою основною задачею є точне вимірювання кутів дифракції. У цій роботі спостереження дифракційної картини та вимірювання кутів дифракції виконують за допомогою гоніометра-

80

спектрометра ГС-5, детальний опис конструкції якого наведений у описі лабораторної роботи №2. Перед виконанням вимірювань необхідно ознайомитись з принципом роботи даного приладу та законспектувати все, що стосується методики здійснення відліків кутів за шкалами гоніометра та послідовності його юстування.

Завдання №1. Визначення сталої дифракційної решітки

Встановивши дифракційну решітку на столику гоніометра так, щоб її штрихи були паралельні щілині коліматора треба увімкнути ртутну лампу і освітити щілину. Обертаючи зорову трубу гоніометра (праворуч або ліворуч), треба сумістити вертикальну нитку відлікового перехрестя окуляра ( див. опис лабораторної роботи № 2) з нульовим максимумом дифракційного спектра та здійснити відлік n0 у градусах за кутовою шкалою гоніометра та у мінутах і

секундах за шкалами оптичного мікрометра гоніометра ГС-5. Потім, обертаючи зорову трубу, треба сумістити нитку окуляра із зеленою лінією ртуті у спектрі пари ртуті першого порядку ліворуч від нульового максимуму та виміряти n1 .

Аналогічний відлік щодо зеленої лінії у дифракційному спектрі першого порядку n1 треба здійснити і праворуч від нульового максимуму. Кути

дифракції 1 і 1 першого порядку ліворуч і праворуч будуть дорівнювати різниці відліків відповідно n1 і n0 та n1 і n0 . Однак, оскільки нульовий

максимум є дещо розмитим і набагато ширшим за відлікову нитку і кожну з кольорових ліній спектру, то значення кутів дифракції, визначених за такою методикою, буде не точним. Значно точніше кути дифракції можна визначити якщо знайти різницю між відліками n1 та n1 і поділити її на два. Тобто кути

дифракції для кожної лінії в спектрах різних порядків у даній роботі слід визначати за формулою

k

(n

n ) / 2 .

(9)

k

k

Аналогічні вимірювання слід здійснити для зелених ліній спектрів

другого та третього порядків. Дані запишіть у таблицю №1.

Таблиця №1

Порядок

Колір

Відлік за

Кут

Довжина

Стала дифракційної

спектра

гоніометром

дифракції

хвилі

решітки

лінії

k

nk

2 k

k

, нм

d, м

dср , м

nk

Обчисліть сталу дифракційної решітки за формулою (2) і її середнє значення. Довжина хвилі зеленої лінії спектра пари ртуті 546,1нм .

81

Завдання №2. Визначення довжин хвиль жовтих та фіолетової лінії спектра ртутної лампи

Виміряйте кути дифракції для вказаних ліній спектра ртутної лампи для трьох порядків і за формулою (3) визначте довжини хвиль жовтих і фіолетової ліній спектру пари ртуті. Результати вимірювань і розрахунків запишіть у таблицю №2.

											Таблиця №2
	Порядок				Відлік за		Кут дифракції				Довжина
		Колір лінії	гоніометром								хвилі
	спектра k
			n	k		n	2	k		k	( ),нм
						k					ж ф

\

Завдання №3. Визначення кутової дисперсії та роздільної здатності дифракційної решітки

1.За даними таблиці №2 визначте кутову відстань між жовтими

спектральними лініями для трьох порядків. Знаючи довжини цих хвиль визначте і обчисліть кутову дисперсію дифракційної решітки D 1 для трьох порядків за формулою

D	.	(7)
1
Обчисліть D 2 за формулою (5). Результати		обчислень, виконаних за

формулами (5) і (7), запишіть у таблицю №3. Порівняйте між собою одержані значення величини кутової дисперсії D 1 і D 2 . Зробіть висновки.

2. Обчисліть роздільну здатність дифракційної решітки для трьох порядків. Дані вимірювань запишіть у таблицю №3.

Таблиця №3

Порядок	Довжина	Стала	Кількість	Роздільна
спектра	дифракцій-	дифракцій-	штрихів	здатність	D 1	D 2
k	ної решітки	ної решітки	решітки N	дифракцій-
	l, м	dср, м		ної решітки R

Примітка. Довжина дифракційної решітки l 10мм, а загальна кількість щілин у ній N 500.

82

Завдання №4.Визначення дисперсійної області гоніометра- спектрометра ГС-5

Обертаючи зорову трубу гоніометра (праворуч і ліворуч) визначте максимальну ширину спектрального інтервалу , в якому спектри ще не перекриваються. Запишіть результат. Зробіть висновки.

Питання для самоконтролю

1.Що називається дифракцією світла? Яка умова спостереження дифракції світла?

2.Чим відрізняються умови спостереження дифракції Френеля від умов спостереження дифракції Фраунгофера?

3.Вивести формулу умови дифракційного максимуму для дифракції від щілини?

4.Що називається дисперсією дифракційної решітки і від чого вона залежить?

5.Що називається роздільною здатністю дифракційної решітки і від чого вона залежить?

6.Чим відрізняється дифракційний спектр від дисперсійного (призматичного)?

7.Як виготовляються дифракційні решітки? Де вони застосовуються?

Лі т е р а т у р а : [1-22,25,33,37,38,40]

83

ЛІ Т Е Р А Т У Р А

1.Сборник описаний лабораторных работ по физике. Оптика.- Харьков. ХГУ.- 1971.- 182с.

2.Методические указания к выполнению лабораторных работ по физике. Оптика, часть 1. Для студентов II курса физического и радиофизического факультетов / Сост. В.М. Андронов, Н.А. Носуленко.- Харьков. ХГУ.- 1991.-

64с.

3.Трофимова Т.И. Курс физики.- М.: Высш. шк.- 1999.- 541с.

4.Яворський Б.М., Детлаф А.А. Курс фізики.- К.: Вища шк.- Т.3.- 1973.- 500с.

5.Матвеев А.И. Оптика.- М.: Высш. шк.- 1985.- 351с.

6.Лансберг Г.А. Оптика.- М.: Наука.- 1976.- 926с.

7.Бутиков Е.И. Оптика.- М.: Высш. шк.- 1986.- 512с.

8.	Королев Ф.А.	Курс физики. Оптика. Атомная и	ядерная	физика.-
	М.: Просвещение.- 1974.- 608с.
9.	Кучерук І.М.,	Дущенко В.П. Загальна фізика. Оптика.	Квантова	фізика.-

К.: Вища шк.- 1991.- 463с.

10.Трофимова Т.И. Физика в таблицах и формулах.- М.: Дрофа.- 2004.- 432с. 11.Савельев И.В. Курс общей физики. Кн. 4. Волны. Оптика.- М.: Наука.

Физматлит.- 1998.- 256с.

12.Савельев И.В. Курс общей физики. Электричество и магнетизм. Волны. Оптика.- М.: Наука.- 1988.- 496с.

13.Сивухин Д.В. Оптика.-М.: Наука.- 1985.- 752с.

14.Гершензон Н.Н., Малов Н.Н., Эткин В.С. Курс общей физики. Оптика и атомная физика.- М.: Просвещение.- 1981.- 240с.

15.Фриш С.Э., Тиморева А.В. Курс общей физики. Т.3- М.: Наука.- 1961.- 608с. 16.Горбань І.С. Оптика.- К.: Вища шк.- 1979.- 223с.

17.Дичберн Р. Физическая оптика.- М.: Наука.- 1965.- 524с. 18.Калитиевский Н.И. Волновая оптика.- М.: Высш. шк.- 1978.- 384с.

19.Трофимова Т.И. Оптика и атомная физика: законы, проблемы, задачи: Учеб. пособие для втузов.- М.: Высш. шк.- 1999.- 288с.

20. Годжаев Н.М. Оптика.- М.: Высш. шк.- 1977.- 432с.

21.Курс фізики. Підручник. /І.С. Лопатинський, І.Р Зачек І.М. Кравчук та інші.- Львів: Афіша.- 2003.- 376с.

22.Бушок Г.Ф., Венгер Є.Ф. Курс фізики: В 3 кн. - Кн.3. Оптика. Фізика атома та атомного ядра.- К.: Вища шк.- 2003.- 311с.

23.Евграфова Н.Н., Коган В.Л. Руководство к лабораторным работам по физике.- М.: Высш. шк.- 1970.- 383с.

24.Майсова Н.Н. Практикум по курсу общей физики.- М.: Высш. шк.- 1970.-

448с.

25.Фізика для інженерних спеціальностей. Кредитно-модульна система: Навч. посібник.- Ч.2 / В.В. Куліш, А.М. Самойлов, О.Я. Кузнєцова, В.М. Кулішенко.- К.: Книжкове видавництво НАУ.- 2005.- 380с.

84

26.Физический практикум: Для	физ. спец.	вузов	/ А.М. Саржевский,
В.П. Бобрович, Г.Н. Борздов	и др.; под	ред.	Г.С. Кембровского.-
Мн.: Издательство «Университетское».- 1986.- 352с.

27.Курс физики: Практикум / И.Л. Бабич, Ю.И. Гриценко, А.В. Мартынюк и др. / Под ред. Д.А. Городецкого.- К.: Вища шк.- 1992.- 399с.

28.Лабораторные занятия по физике: Учебное пособие / Гольдин Л.Л., Игошин Ф.Ф., Козел С.М. и др. / Под ред. Гольдина Л.Л.- М.: Наука.- 1983.-

704с.

29.Физический практикум / Под ред. Дущенко В.П.- К.: Вища шк.- 1984.- Т.2.-

256с.
30.Лабораторный практикум	по физике / Б.Ф. Алексеев, К.А. Барсуков,
И.А. Войцеховская и др. /	Под ред. К.А. Барсукова и Ю.И. Уханова.-
М.: Высш. шк.- 1988.- 351с.
31.Уродов В.И., Стрижнев В.С.	Практикум по физике.- Изд-во «Вышэйшая
школа». Минск.- 1973.- 381с.

32.Кортнев А.В., Рублев Ю.В., Куценко А.Н. Практикум по физике.- М.: Высш.

шк.- 1963.- 515с.

33.Винниченко В.Є. Фізичний практикум.- К.: Радянська шк.- 1954.- 400с. 34.Чепуренко В.Г. Руководство к лабораторным работам по физике.- Изд-во

Киевского университета.- 1968.- 310с.

35.Соколова Н.А., Меламид А.Е. Фотоэлектрические приборы.- М.: Высш. шк.- 1974.- 350с.

36.Иванов Е.Д., Носуленко Н.А. Методические указания к выполнению лабораторной работы по оптике „Изучение фотоэлементов с внутренним усилением фототока при помощи вторичной эмиссии электронов (фотоэлектронные умножители) - Изд-во Харьковского университета.- 1982.-

11с.

37.Физический энциклопедический словарь / Гл. ред. А.М. Прохоров.- М.: Сов.

энциклопедия.- 1983.- 928с.
38.Физический практикум. Электричество	и	оптика. / Под ред.
В.И. Ивероновой.- М.: Наука.-1968.- 815с.
39.Носуленко Н.А. Методические указания	для	самостоятельной работы

студентов при подготовке к выполнению и сдаче лабораторной работы по оптике «Изучение дифракции Френеля на круглом отверстии».- Изд-во

Харьковского университета.- 1988.- 9с.
40.Пойда В.П.,	Хижковий В.П.	Методичні інструкції	щодо виконання
віртуальних	лабораторних	робіт з оптики. -	Харків: ХНУ імені

В.Н. Каразіна.- 2006.- 68с.

85

Навчальне видання

Укладачі:

Пойда Володимир Павлович, Хижковий Василь Петрович.

Лабораторний практикум з оптики

Частина перша

Підписано до друку 22.12.07. Формат 60 х 84/16. Папір офсетний. Друк ризографічний.

Умовн. друк. арк. 5,3. Обл. вид. арк. 6,1. Наклад 50 прим. Ціна договірна.

--------------------------------------------------------------------------------

61077, м. Харків, площа Свободи, 4. Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна

Організаційно-видавничий відділ НМЦ

--------------------------------------------------------------------------------

Надруковано ФОП «Петрова І.В.» 61144, Харків, вул. Гв. Широнінців 79 в, к. 137

Тел. [phone] Свідоцтво про державну реєстрацію ВОО №948011 від 03.01.03