Мета роботи. Дослідження явища дифракції світла на дифракційній гратці та знаходження довжини світлової хвилі

Дослідження явища дифракції світла на дифракційній гратці та знаходження довжини світлової хвилі

Для виконання лабораторної роботи студенту попередньо необхідно: знатифізичнусуть явища дифракції світла (§2.2.1), принципи Гюйгенса і Гюйгенса–Френеля (§2.2.1), вміти описати дифракцію Фраунгофера на дифракційній гратці (§2.2.5)

Прилади і обладнання

Джерело світла, екран з двома щілинами, одновимірна дифракційна гратка, світлофільтри

Теоретичні відомості та опис установки

Одна з умов одержання дифракційного спектру від дифракційної гратки є використання збиральної лінзи. Її роль може відігравати і кришталик ока, який збирає на своїй сітківці паралельні пучки променів, одержані внаслідок дифракції.

Якщо на шляху променів від джерела світла до дифракційної гратки розмістити екран з щілиною, то око бачитиме дифракційний спектр у площині екрана. При цьому, кут між напрямком зору на нульовий максимум і максимум довільного порядку дорівнює куту дифракції, який забезпечує умову

; (). (1)

Звідси

. (2)

З аналізу останнього співвідношення випливає, що різним довжинам хвиль у максимумі одного порядку відповідають різні значення кута дифракції. Тому на екрані максимуми даного порядку для різних довжин хвиль випромінювання просторово розділені. Крім цього, вираз (2) дозволяє знаходити довжину хвилі за відомими значеннями і . Якщо прийняти, що – відстань між максимумами – го порядку, які знаходяться по обидва боки від нульового максимуму, а – відстань між екраном та дифракційною граткою ( << l), то для визначення sin j використовують умову:

. (3)

Тоді довжина світлової хвилі l може бути визначена таким чином:

. (4)

У даній лабораторній роботі в якості джерела світла використовується екран з двома щілинами. Щілини вирізані таким чином, що дифракційні картини від них знаходяться одна над одною. Відстань між щілинами по горизонталі дорівнює . Так як відстані між сусідніми максимумами в дифракційному спектрі при зданому значенні є однаковими, то і буде визначати відстань між вибраними максимумами – го порядку (рис. 1).

Пересуванням решітки вздовж оптичної лави можна досягти збігання спектрів першого, другого та інших порядків від обох щілин.

Послідовність виконання роботи

1. Увімкнути освітлювач в мережу 220 В.
2. Розмістити дифракційну гратку в рейтері.
3. Виміряти відстань х між щілинами на екрані.
4. Пересуванням дифракційної гратки вздовж оптичної лави досягти збігання червоних смуг спектрів першого порядку від обох щілин. Виміряти відстань від дифракційної гратки до екрана.
5. Обчислити довжину хвилі для червоних смуг спектрів першого порядку (стала дифракційної гратки ) за формулою (4).
6. Пересуванням дифракційної гратки досягти збігання червоних смуг спектрів другого порядку та виміряти .

Рис. 1

1. Обчислити для червоних смуг спектрів другого порядку.
2. Обчислити середнє значення довжини l хвилі для червоної ділянки спектру.
3. Повторити досліди для зелених і фіолетових смуг у спектрах першого та другого порядків і розрахувати відповідні значення довжин хвиль.
4. Результати вимірювань і обчислень записати в таблицю1.

Таблиця 1

Контрольні запитання

1. У чому полягає дифракція світла і які умови необхідні для її спостереження?
2. Дайте визначення, що називається одновимірною дифракційною граткою?
3. Поясніть умови виникнення максимумів і мінімумів при дифракції на одновимірній гратці.
4. Як змінюється інтенсивність максимумів із зростанням їх порядку в дифракційних спектрах?
5. Чому при зменшенні сталої дифракційної гратки збільшується відстань між головними максимумами?
6. Що називається роздільною здатністю дифракційної гратки?
7. В яких оптичних приладах використовується дифракційна гратка?