3. Измеряемый объект

Объектом является дифракционная решетка, работающая «на просвет», период d которой равен 5 мкм.

4. Описание лабораторной установки

Основной частью установки является спектрометр, позво­ляющий измерять углы отклонения лучей, прошедших ди­фракционную решетку.

На рис. 3 приведена схема устройства спектрометра.

С

К

Рис. 3

Наиболее существенными частями этого прибора являются: круг К с делениями, столик С для призмы и решетки, кол­лиматор Т и зрительная труба З. Коллиматор представляет собой цилиндрическую трубку, на одном конце которой име­ется щель, а на другом — выпуклая линза Л. Щель нахо­дится в фокальной плоскости линзы, поэтому свет, попавший в коллиматор через щель, выходит из линзы параллельным пучком. Коллиматор закреплен неподвижно.

На столике С перпендикулярно лучам, выходящим из коллиматора, установлена дифракционная решетка. Дифрак­ционный спектр наблюдается при помощи зрительной трубы З, в окулярной части которой находится перекрестие нитей. Зрительная труба может вращаться вокруг оси, про­ходящей через центр столика, и фиксироваться в нужном положении. Угол поворота трубы измеряется при помощи круга с градусными делениями и нониусов.

5. Порядок выполнения работы

1. Ставят исследуемый источник света против щели кол­лиматора. Наблюдая центральный (нулевой) максимум, выдвижением тубуса зрительной трубы добиваются отчетливого изображения щели. При этом должно наблюдаться четкое изображение щели такого же цвета, как сам источник.

2. Слегка перемещая окулярную лупу (ввинчивая или вы­винчивая ее), добиваются четкого изображения вертикальной риски, кото­рую в дальнейшем следует совмещать с измеряемой спек­тральной линией.

3. Перемещая зрительную трубу влево (или вправо), на­блюдают спектры первого и высшего порядков.

4. Совмещают риску с крайней левой линией второго по­рядка (при достаточной яркости дифракционных спектров измерения про­изводят, начиная со спектра третьего порядка.) Фиксируют положение этой линии, взяв отсчет  по круговому лимбу. При измерении углов следует пользоваться нониусным устройством и отсчеты производить с точностью до 5' (до 5 угловых минут).

При выполнении этого пункта необходимо проконсультироваться с преподавателем.

5. Перемещая зрительную трубу слева направо, определяют положение всех спектральных линий второго, затем пер­вого порядков левого спектра.

Перейдя через центральный максимум (яркая неокрашенная вертикальная линия), аналогичным образом определяют положения спектральных линий первого и второго порядков правого спектра.

Все измерения повторяют многократно и результаты заносят в таблицу по форме 1. Число измерений указывается преподавателем. Для всех спектральных линий находят средние значения углов, под которыми эти линии наблюдаются (_{П ср} – для линии правого спектра; _{Л ср} – для линии левого спектра). Результаты записывают в таблицу по форме 1.

6. Вычисляют значения углов _{П ср} – _{Л ср} между линиями ле­вого и правого спектров одного и того же порядка. Очевидно, что величина равно углу  отклонения лучей, входящему в формулу (3). Используя последнюю, вычисляют . Период дифракционной решетки указан на установке.

7. Для каждой линии находят _ср и оценивают погреш­ность их измерения _ср.

Форма 1

Порядок спектра	Цвет линии	Левый спектр				Правый спектр					, мкм
к		л1	л2	л3	л ср	п1	п2	п3	п ср
1	Фиолет.
	Желтый
	Зеленый
2	Фиолет.
	Желтый
	Зеленый
d=5 мкм

Используя результаты, полученные при обработке экс­периментальных данных, по указанию преподавателя выпол­няют одно из нижеприведенных заданий.

Задание 1. Определить число спектральных линий фиолетового и желтого цвета, которые теоретически можно наблюдать с помощью дифракционной решетки, используе­мой в работе.

Задание 2. Найти число спектральных линий, которые теоретически можно наблюдать с помощью дифракционной решетки, используемой в работе, если на пути световых лу­чей поставить светофильтр, пропускающий лучи зеленого цвета.

Задание 3. Найти максимальный порядок спектра для желтой линии, если дифракционную решетку, используемую в данной работе, заменить другой с числом штрихов N = 1,510⁴ и длиной l = 3 см.

Задание 4. Спектры каких порядков исчезнут, если дифракционную решетку, используемую в работе, заменить другой с периодом d = 2 мкм и шириной щели а = 1 мкм? Найти число спектральных линий желтого цвета, которые теоретически можно наблюдать в данном случае.

Задание 5. Спектры каких порядков исчезнут, если па пути световых лучей поставить светофильтр, пропускающий лучи зеленого цвета, и новую дифракционную решетку с пе­риодом d = 3 мкм и шириной щели а = 1 мкм? Найти общее число спектральных линий, которые теоретически можно на­блюдать в данном случае.