Описание экспериментальной установки

Для измерения углов дифракции φ в работе используется гониометр, схема которого представлена на рис. 6.

Рис. 6

Гониометр состоит из зрительной трубы 1, коллиматора 2, столика 3, лимба 4, нониуса 5. Коллиматор служит для создания параллельного пучка света. Он состоит из тубуса с объективом 6 и входной щелевой диафрагмой 7, установленной в фокальной плоскости объектива. Из коллиматора выходит плоская световая волна (параллельный пучок света) и падает на дифракционную решетку 8. Пучки света собираются объективом зрительной трубы и образуют в его фокальной плоскости действительные изображения щели коллиматора. В поле зрения окуляра зрительной трубы одновременно видны визирная линия и действительное изображение щели (дифракционный максимум). Поворачивая зрительную трубу, можно совместить визирную линию с любым из дифракционных максимумов.

В качестве источников света используются лампа накаливания и малогабаритный универсальный монохроматор, позволяющий выделить из сплошного спектра лампы его узкий участок. Оптическая схема диспергирующего блока монохроматора представлена на рис. 7.

И злучение от лампы 1 через конденсор 2 падает на входную щель 3 монохроматора и посредством зеркала 4 заполняет вогнутую отражательную дифракционную решетку 5, которая выполняет роль фокусирующего и диспергирующего устройства. Дифрагированное решеткой излучение направляется в выходную щель 7 (при выведенном плоском зеркале 6) или в выходную щель 8 (при введенном зеркале 6). Щели сменные постоянной ширины. Для установки щелей в корпусе монохроматора предусмотрены гнезда. Изменяя ширину щелей, можно менять в определенных пределах степень монохроматичности излучения, выходящего из монохроматора.

Рис. 7

Сканирование спектра осуществляется поворотом дифракционной решетки рукояткой, расположенной на торцевой стенке монохроматора, через систему винтовой и зубчатых передач.

Измерения и обработка результатов

Упражнение 1. Наблюдение спектра излучения раскаленного тела.

Установите на столике гониометра дифракционную решетку так, чтобы ее штрихи были вертикальны. Осветите щель коллиматора лампой накаливания и пронаблюдайте дифракционную картину в поле зрения окуляра зрительной трубы. Зарисуйте спектры 1–го и 2–го порядка, пользуясь цветными карандашами (при этом соблюдайте пропорции!).

Замените решетку другой, имеющей иное число штрихов на 1 мм, и снова зарисуйте спектры.

Упражнение 2. Определение длин волн некоторых спектральных линий видимого света.

Установите на столике гониометра дифракционную решетку, имеющую период d = 0,01 мм. Осветите щель коллиматора излучением, выходящим из монохроматора. Поворачивая зрительную трубу гониометра, найдите дифракционные максимумы нулевого, первого и второго порядка. Проследите за изменением положения спектральных линий при изменении длины волны излучения. (Напомним, что изменение λ достигается вращением рукоятки, расположенной на торцевой стенке монохроматора).

Определите длины волн излучения для произвольно выбранных трех спектральных линий. Для этого поверните зрительную трубу до совмещения визирной линии с выбранной спектральной линией первого порядка с левой стороны нулевого максимума. Снимите по лимбу гониометра отсчет угла α_лев. Затем поверните зрительную трубу до совмещения визирной линии с той же спектральной линией, но расположенной справа от центра. Снимите отсчет α_пр. Вычислите угол дифракции φ. Пользуясь формулой (1), определите длину волны λ. Таким же способом проведите измерения, используя спектральные линии второго порядка.

Аналогичные измерения и вычисления проделайте для других, выбранных Вами линий. Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу 1:

Таблица 1

k	Цвет линии	αлев	αпр	φ	λ

Упражнение 3. Определение дисперсии дифракционной решетки.

Используя результаты, полученные в упражнении 2, определите разность Δφ углов дифракции для двух соседних спектральных линий и соответствующую разность Δλ длин волн этих линий в спектрах первого и второго порядка. Вычислите угловую дисперсию решетки ( ) в спектрах 1–го и 2–го порядков в угловых минутах на нм.

Сравните полученные экспериментальные результаты с теоретическими оценками угловой дисперсии по формуле (3). При этом следует принять во внимание соотношение между единицами угловой дисперсии:

Результаты вычислений сведите в таблицу 2:

Таблица 2

k	λ1	λ2	Δλ	Δφ	D(эксп)	D(теор)

Сформулируйте общие выводы по результатам проведенной работы.