На практике удобнее отсчитывать углы не от нормали к решетке, а от направления падающего луча, рис. 5. Учитывая что q0 = p - 2j0 ,а qk = p - (j0 + jk) и подставляя эти соотношения в (3), выполнив тригонометрические преобразования получаем расчетную формулу для определения длины волны:
|
Рис. 5. Схема хода лучей в лабораторной установке |
l= (2с/k) (sin qк/2) (sin (qk - q0)/2) (4)
Порядок выполнения работы
Внимание! Пункты 2 и 3 выполняются преподавателем.
1. Ознакомиться с устройством гониометра Г-5 и методикой измерения углов на нем. Краткая инструкция по устройству и работе с гониометром приведена в приложении.
2. Включить гелий-неоновый лазер (при работе с ртутной лампой внимательно прочитайте инструкцию по ее включению и выключению) и подсветку гониометра. Убедится, что луч падает на входную щель коллиматора. Ширину щели установить 0,1-0,2мм.
3. Дифракционную решетку, закрепленную на вращающемся столике гониометра, развернуть так, чтобы луч скользил вдоль ее плоскости под углом 10-20° (на некоторых решетках угол может быть и больше)
4. Установить зрительную трубу гониометра параллельно падающему лучу (убедится, что измеряемый при этом угол равен 0 - иначе обратится к преподавателю). Затем медленно вращая трубу найти положение нулевого дифракционного максимума (наиболее яркий при использовании лазера и белого цвета при использовании ртутной лампы), отвечающего зеркально отраженному от решетки лучу. Измерение угла q0 (как и последующих углов дифракции) с помощью отсчетного микроскопа производится тогда, когда темная вертикальная риска окуляра зрительной трубы установлена на середину яркой полоски - изображения входной щели коллиматора.
5. Продолжая вращать зрительную трубу в ту же сторону, найти поочередно положения следующих двух-трех дифракционных изображений щели и измерить углы qk , отвечающие этим дифракционным максимумам k-го порядка (не менее 3-х). При работе со ртутной лампой необходимо заранее выбрать по цвету волну, длину которой Вы будете устанавливать в дальнейшем.
6. Измеренные значения углов занести в таблицу. Угол q0 целесообразно записать в отдельном столбце таблицы.
7. Пользуясь расчетной формулой (4), вычислить значения длины волны для каждого порядка дифракции. Найти среднее значение и относительную погрешность измерений.
8. По окончании измерений выключить подсветку гониометра и лазер (лампу).
Контрольные вопросы
1. В чем заключается явление дифракции света? Какие условия необходимы для наблюдения этого явления?
2. Как устроены дифракционные решетки - пропускающая и отражающая? Что такое период (постоянная) решетки?
3. Как связаны между собой период решетки и число штрихов на единицу длины?
4. В чем состоит принцип Гюйгенса-Френеля? Вывести формулу для углов дифракции на пропускающей решетке при нормальном падении монохроматического света?
5. Почему дифракционная решетка разлагает белый свет в спектр?
6. Опишите принципиальное устройство гониометра Г-5. Для каких целей служит этот прибор?
Приложение. Устройство гониометра Г-5
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
