Визначення довжини хвилі за дифракцією на ґратці

Схема досліду

Оптична ґратка - це періодична структура, призначена дифрагувати світло, що падає на неї. При цьому стає видимим спектр цього світла. Ґратки можна застосовувати для спектрального аналізу або ж для монохроматизації.

Принцип

Оптична ґратка відхиляє світло, що падає, на кожній щілині, тож позаду ґратки виникає інтерференція. Утворюється симетрична інтерференційна картина, при цьому світло розкладається на свій спектр.

Навчальна мета

Учні мають поспостерігати ефект дифракції на ґратці й обчислити за його допомогою довжину хвилі світла.

Завдання

Учні мають за допомогою оптичної ґратки створити дифракційні спектри й визначити довжину хвилі червоного і зеленого світла.

• Дослід із дифракції на оптичній ґратці дає не лише переконливе підтвердження здатності (видимого) світла до інтерференції, а отже, і його хвильової природи, - він також добре придатний для визначення довжини хвилі вибраних кольорів спектра. Ба більше, він може значною мірою слугувати мотивації, бо багатьох учнів вразить, що тут простими засобами можна досить точно визначити такі малі фізичні величини.

Вказівки щодо складання та виконання

• Дослід слід виконувати в добре затемненому кабінеті фізики. Тоді ще виразно вдається виявити дифракційні спектри другого порядку.
• Знімати виміряні значення при визначенні довжин хвиль вибраних кольорів можна й без використання фільтрів. Це мало б ту перевагу, що середня світла смуга на екрані не буде теж кольоровою.
• Слід залишити на розсуд учнів, чи вибирати при вимірюванні відстань між серединами двох кольорових смуг, чи, наприклад, між зовнішніми краями цих смуг (зображень щілини): у результаті йдеться лише про те, щоб отримати величину у доброму наближенні й скласти уявлення про порядок довжин світлових хвиль.

• Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.

Спектральні лінії білого світла

Оптична ґратка - це періодична структура, призначена дифрагувати світло, що падає на неї. При цьому стає видимим спектр цього світла. Ґратки можна застосовувати для спектрального аналізу матеріалів або ж для монохроматизації (виділення певної довжини хвилі).

Як працює оптична ґратка і як за її допомогою визначити довжину хвилі світла?

Створи за допомогою оптичної ґратки дифракційні спектри й визнач довжину хвилі червоного і зеленого світла.

• Постав основу зі стрижнем під освітлювач.

• Поклади оптичну лаву на дослідний стіл.

• Постав освітлювач зі штативною основою на кінець оптичної лави.

• Насунь світлонепроникну діафрагму перед лінзу освітлювача.

• Під'єднай освітлювач до блока живлення (12 В~).

• Постав екран на правому кінці оптичної лави, а лінзу з - поблизу освітлювача, і пересувай її доти, доки кругла світла пляма на екрані не матиме діаметра, приблизно однакового з діаметром лінзи.

• Всунь діафрагму зі щілиною в тримач діафрагм і надінь його на обід лінзи.

• Постав лінзу з і пересувай її, доки на екрані не утвориться різке зображення щілини.

Схема установки

• Постав оправу зі шкалою праворуч від лінзи (з ), всунь ґратку у другий тримач діафрагм і надінь його на оправу.

• На екрані ти отримаєш дифракційні спектри (кольорові зображення щілини).

• Пересувай ґратку в напрямку екрана і назад та спостерігай зміни, що при цьому відбуваються на екрані. Запиши свої спостереження, щоб відповісти на завдання 1 у протоколі.

Зелений фільтр у гнізді для діафрагм

• Заміни червоний фільтр на зелений і визнач значення також для зеленого світла. Занеси виміряне значення до таблиці 1.