Ομοσπονδιακό Κρατικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα

ανώτερη επαγγελματική εκπαίδευση

"Ομοσπονδιακό Πανεπιστήμιο της Σιβηρίας"

Ινστιτούτο Πολεοδομίας, Διοίκησης και Περιφερειακής Οικονομίας

Τμήμα Φυσικής

Αναφορά εργαστηρίου

Μέτρηση του μήκους κύματος του φωτός με χρήση πλέγματος περίθλασης

Δάσκαλος

V.S. Ivanova

Μαθητική ΠΕ 07-04

Κ.Ν. Dubinskaya

Krasnoyarsk 2009

Στόχος της εργασίας

Μελέτη περίθλασης φωτός σε μονοδιάστατο πλέγμα, μέτρηση μήκους κύματος φωτός.

Σύντομη θεωρητική εισαγωγή

Ένα μονοδιάστατο πλέγμα περίθλασης είναι μια σειρά από διαφανείς παράλληλες σχισμές ίσου πλάτους a, που χωρίζονται από ίσους αδιαφανείς χώρους b. Το άθροισμα των μεγεθών των διαφανών και αδιαφανών περιοχών συνήθως ονομάζεται περίοδος ή σταθερά πλέγματος d.

Η περίοδος τριψίματος σχετίζεται με τον αριθμό των γραμμών ανά χιλιοστό n από τη σχέση

Ο συνολικός αριθμός των γραμμών πλέγματος N είναι ίσος με

όπου l είναι το πλάτος της σχάρας.

Το σχέδιο περίθλασης σε ένα πλέγμα καθορίζεται ως αποτέλεσμα αμοιβαίας παρεμβολής κυμάτων που προέρχονται από όλες τις N σχισμές, δηλ. Το πλέγμα περίθλασης εκτελεί παρεμβολή πολλαπλών δεσμών συνεπών δέσμες φωτός που προέρχονται από όλες τις σχισμές.

Αφήστε μια παράλληλη δέσμη μονοχρωματικού φωτός με μήκος κύματος

. Πίσω από το πλέγμα, ως αποτέλεσμα της περίθλασης, οι ακτίνες θα διαδοθούν σε διαφορετικές κατευθύνσεις. Δεδομένου ότι οι σχισμές βρίσκονται σε ίσες αποστάσεις μεταξύ τους, οι διαφορές διαδρομής Δ των δευτερευόντων ακτίνων που σχηματίζονται σύμφωνα με την αρχή Huygens-Fresnel και προέρχονται από γειτονικές σχισμές στην ίδια κατεύθυνση θα είναι ίδιες σε όλο το πλέγμα και ίσες

Αν αυτή η διαφορά διαδρομής είναι πολλαπλάσιο ενός ακέραιου αριθμού μηκών κύματος, δηλ.

Στη συνέχεια, κατά τη διάρκεια της παρεμβολής, τα κύρια μέγιστα θα εμφανιστούν στο εστιακό επίπεδο του φακού. Εδώ m = 0,1,2, … είναι η σειρά των κύριων μεγίστων.

Τα κύρια μέγιστα εντοπίζονται συμμετρικά σε σχέση με το κεντρικό, ή μηδέν, με m = 0, που αντιστοιχούν σε ακτίνες φωτός που διέρχονται από το πλέγμα χωρίς αποκλίσεις (χωρίς διάθλαση,

= 0). Η ισότητα (2) ονομάζεται συνθήκη για τα κύρια μέγιστα στο πλέγμα. Κάθε σχισμή σχηματίζει επίσης το δικό της σχέδιο περίθλασης. Σε εκείνες τις κατευθύνσεις στις οποίες μια σχισμή παράγει ελάχιστα, θα παρατηρηθούν και ελάχιστα από άλλες σχισμές. Αυτά τα ελάχιστα καθορίζονται από τη συνθήκη

Η θέση των κύριων μεγίστων εξαρτάται από το μήκος κύματος λ. Επομένως, όταν το λευκό φως περνάει μέσα από ένα πλέγμα, όλα τα μέγιστα, εκτός από το κεντρικό (m = 0), θα αποσυντεθούν σε ένα φάσμα, το ιώδες τμήμα του οποίου θα βλέπει το κέντρο του σχεδίου περίθλασης και το κόκκινο μέρος θα πρόσωπο προς τα έξω. Αυτή η ιδιότητα ενός πλέγματος περίθλασης χρησιμοποιείται για τη μελέτη φασματική σύνθεσηφως, δηλ. ένα πλέγμα περίθλασης μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως φασματική συσκευή.

Ας υποδηλώσουμε την απόσταση μεταξύ του μέσου του μηδενικού μέγιστου και του μέγιστου των τάξεων 1,2, ... mth, αντίστοιχα, x 1 x 2 ... x t και την απόσταση μεταξύ του επιπέδου του πλέγματος περίθλασης και της οθόνης -L . Στη συνέχεια το ημίτονο της γωνίας περίθλασης

Χρησιμοποιώντας την τελευταία σχέση, από την συνθήκη των κύριων μεγίστων μπορεί κανείς να προσδιορίσει το λ οποιασδήποτε γραμμής στο φάσμα.

ΣΕ πειραματική ρύθμισηδιαθέσιμος:

S - πηγή φωτός, CL - φακός collimator, S - σχισμή για περιορισμό του μεγέθους της δέσμης φωτός, PL - φακός εστίασης, DR - πλέγμα περίθλασης με περίοδο d = 0,01 mm, οθόνη E για παρατήρηση του σχεδίου περίθλασης. Για εργασία σε μονόχρωμο φως, χρησιμοποιούνται φίλτρα.

Εντολή εργασίας

1. Τοποθετήστε τα μέρη εγκατάστασης κατά μήκος 1 άξονα με την υποδεικνυόμενη σειρά και προσαρτήστε ένα φύλλο χαρτιού στην οθόνη.

2. Ενεργοποιήστε την πηγή φωτός S. Τοποθετήστε ένα λευκό φίλτρο.

3. Χρησιμοποιώντας ένα χάρακα που είναι προσαρτημένο στην εγκατάσταση, μετρήστε την απόσταση L από τη γρίλια μέχρι την οθόνη.

L 1 = 13,5 cm = 0,135 m, L 2 = 20,5 cm = 0,205 m.

4. Σημειώστε σε ένα χαρτί τα μεσαία σημεία του μηδενός, του πρώτου και των άλλων μέγιστων δεξιά και αριστερά του κέντρου. Μετρήστε την απόσταση x 1, x 2 με εξαιρετική ακρίβεια.

5. Υπολογίστε τα μήκη κύματος που εκπέμπονται από το φίλτρο φωτός.

6. Βρείτε την αριθμητική μέση τιμή του μήκους κύματος χρησιμοποιώντας τον τύπο

7. Ας υπολογίσουμε απόλυτο λάθοςμετρήσεις χρησιμοποιώντας τον τύπο

Εργαστηριακές εργασίες №6.

Μέτρηση ελαφρών κυμάτων.

Εξοπλισμός: πλέγμα περίθλασης με περίοδο 1/100 mm ή 1/50 mm.

Διάγραμμα εγκατάστασης:

1. Κάτοχος.

2. Μαύρη οθόνη.

   Στενό κάθετο κενό.

Στόχος της εργασίας: πειραματικό προσδιορισμόφωτεινό κύμα χρησιμοποιώντας πλέγμα περίθλασης.

Θεωρητικό μέρος:

Ένα πλέγμα περίθλασης είναι μια συλλογή μεγάλος αριθμόςπολύ στενές σχισμές που χωρίζονται από αδιαφανείς χώρους.

Πηγή

Το μήκος κύματος καθορίζεται από τον τύπο:

Όπου d είναι η περίοδος του πλέγματος

k – σειρά φάσματος

Γωνία στην οποία παρατηρείται μέγιστο φως

Εξίσωση πλέγματος περίθλασης:

Δεδομένου ότι οι γωνίες στις οποίες παρατηρούνται τα μέγιστα 1ης και 2ης τάξης δεν υπερβαίνουν το 5, οι εφαπτομένες τους μπορούν να χρησιμοποιηθούν αντί των ημιτόνων των γωνιών.

Ως εκ τούτου,

Απόσταση ΕΝΑμετρήστε χρησιμοποιώντας έναν χάρακα από τη γρίλια μέχρι την οθόνη, την απόσταση σι– κατά μήκος της κλίμακας οθόνης από τη σχισμή έως την επιλεγμένη γραμμή φάσματος.

Ο τελικός τύπος για τον προσδιορισμό του μήκους κύματος είναι

Σε αυτή την εργασία, το σφάλμα μέτρησης του μήκους κύματος δεν εκτιμάται λόγω κάποιας αβεβαιότητας στην επιλογή του μεσαίου τμήματος του φάσματος.

Κατά προσέγγιση πρόοδος εργασιών:

b=8 cm, a=1 m; k=1; d=10 -5 m

(Κόκκινο χρώμα)

d – περίοδος πλέγματος

Συμπέρασμα: Έχοντας μετρήσει πειραματικά τα μήκη κύματος του κόκκινου φωτός χρησιμοποιώντας ένα πλέγμα περίθλασης, καταλήξαμε στο συμπέρασμα ότι μας επιτρέπει να μετρήσουμε με μεγάλη ακρίβεια τα μήκη κύματος του φωτός.

Εργαστηριακή εργασία Νο 5

Εργαστηριακή εργασία Νο 5

Προσδιορισμός οπτικής ισχύος και εστιακής απόστασης συλλεκτικού φακού.

Εξοπλισμός: χάρακας, δύο ορθογώνιο τρίγωνο, συγκλίνοντας φακός μεγάλης εστίασης, λαμπτήρας σε βάση με καπάκι, πηγή ρεύματος, διακόπτης, καλώδια σύνδεσης, οθόνη, ράγα οδήγησης.

Θεωρητικό μέρος:

Ο απλούστερος τρόπος μέτρησης της οπτικής ισχύος και της εστιακής απόστασης ενός φακού βασίζεται στον τύπο του φακού

d – απόσταση από το αντικείμενο στο φακό

f – απόσταση από το φακό στην εικόνα

F – εστιακή απόσταση

Η οπτική ισχύς ενός φακού είναι η ποσότητα

Το αντικείμενο που χρησιμοποιείται είναι ένα γράμμα που λάμπει με διάχυτο φως στο καπάκι του φωτιστικού. Η πραγματική εικόνα αυτού του γράμματος εμφανίζεται στην οθόνη.

Πραγματική εικόνα ανεστραμμένη σε μεγέθυνση:

Φανταστική άμεση εικόνα σε μεγέθυνση:

Κατά προσέγγιση πρόοδος εργασιών:

F = 8 cm = 0,08 m

F = 7 cm = 0,07 m

F = 9 cm = 0,09 m

Εργαστηριακή εργασία Νο 4

Εργαστηριακή εργασία Νο 4

Μέτρηση δείκτη διάθλασης γυαλιού

μαθήτρια της 11ης τάξης «Β» Alekseeva Maria.

Στόχος της εργασίας:μέτρηση του δείκτη διάθλασης μιας γυάλινης πλάκας σε σχήμα τραπεζίου.

Θεωρητικό μέρος: ο δείκτης διάθλασης του γυαλιού σε σχέση με τον αέρα προσδιορίζεται από τον τύπο:

Πίνακας υπολογισμού:

Υπολογισμοί:

n pr1= Η A.E.1 / DC1 =34mm/22mm=1,5

n pr2= Η A.E.2 / DC2 =22mm/14mm=1,55

Συμπέρασμα: Έχοντας καθορίσει τον δείκτη διάθλασης του γυαλιού, μπορεί να αποδειχθεί ότι αυτή η τιμή δεν εξαρτάται από τη γωνία πρόσπτωσης.

Εργαστηριακή εργασία στη φυσική Νο. 3

Εργαστηριακή εργασία στη φυσική Νο. 3

Μαθητές της 11ης τάξης «Β»

Αλεξέεβα Μαρία

Ορισμός της επιτάχυνσης ελεύθερη πτώσηχρησιμοποιώντας ένα εκκρεμές.

Εξοπλισμός:

Θεωρητικό μέρος:

Για τη μέτρηση της επιτάχυνσης της βαρύτητας, χρησιμοποιούνται διάφορα βαρυτόμετρα, ιδίως συσκευές εκκρεμούς. Με τη βοήθειά τους, είναι δυνατό να μετρηθεί η επιτάχυνση της βαρύτητας με απόλυτο σφάλμα της τάξης των 10 -5 m/s 2 .

Το έργο χρησιμοποιεί την απλούστερη συσκευή εκκρεμούς - μια μπάλα σε μια χορδή. Όταν το μέγεθος της μπάλας είναι μικρό σε σύγκριση με το μήκος του νήματος και μικρές αποκλίσεις από τη θέση ισορροπίας, η περίοδος ταλάντωσης είναι ίση με

Για να αυξηθεί η ακρίβεια της μέτρησης της περιόδου, είναι απαραίτητο να μετρηθεί ο χρόνος t ενός υπολειπόμενου μεγάλου αριθμού N πλήρων ταλαντώσεων του εκκρεμούς. Μετά τελεία

Και η επιτάχυνση λόγω της βαρύτητας μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον τύπο

Διεξαγωγή του πειράματος:

Τοποθετήστε ένα τρίποδο στην άκρη του τραπεζιού.

Στο πάνω άκρο του, στερεώστε ένα δαχτυλίδι με έναν σύνδεσμο και κρεμάστε από αυτό μια μπάλα σε μια κλωστή. Η μπάλα πρέπει να κρέμεται σε απόσταση 1-2 cm από το πάτωμα.

Μετρήστε το μήκος l του εκκρεμούς με μια ταινία.

Διεγείρετε το εκκρεμές να ταλαντωθεί εκτρέποντας τη μπάλα στο πλάι κατά 5-8 cm και απελευθερώνοντάς την.

Μετρήστε το χρόνο t 50 ταλαντώσεων του εκκρεμούς σε διάφορα πειράματα και υπολογίστε t cf:

Υπολογίστε το μέσο απόλυτο σφάλμα μέτρησης του χρόνου και εισάγετε τα αποτελέσματα στον πίνακα.

Υπολογίστε την επιτάχυνση της ελεύθερης πτώσης χρησιμοποιώντας τον τύπο

Καθορίζω σχετικό σφάλμαμετρήσεις χρόνου.

Προσδιορίστε το σχετικό σφάλμα στη μέτρηση του μήκους του εκκρεμούς

Υπολογίστε το σχετικό σφάλμα μέτρησης g χρησιμοποιώντας τον τύπο

Συμπέρασμα: Αποδεικνύεται ότι η επιτάχυνση της ελεύθερης πτώσης, μετρούμενη με χρήση εκκρεμούς, είναι περίπου ίση με την πινακοποιημένη επιτάχυνση ελεύθερης πτώσης (g = 9,81 m/s 2) με μήκος νήματος 1 μέτρο.

Alekseeva Maria, μαθήτρια της τάξης 11 "B" γυμναστήριο αρ. 201, Μόσχα

Καθηγητής Φυσικής στο Γυμνάσιο Νο. 201 Lvovsky M.B.

Εργαστηριακή εργασία στη φυσική Νο 7

Μαθητές της 11ης τάξης «Β» Maria Sadykova

Παρατήρηση συνεχών και ευθύγραμμων φασμάτων.

ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ
εξοπλισμός:συσκευή προβολής, φασματικοί σωλήνες με υδρογόνο, νέον ή ήλιο, επαγωγέας υψηλής τάσης, πηγή ισχύος, τρίποδο, καλώδια σύνδεσης, γυάλινη πλάκα με λοξότμητες άκρες.

Στόχος της εργασίας:χρησιμοποιώντας τον απαραίτητο εξοπλισμό, παρατηρήστε (πειραματικά) ένα συνεχές φάσμα, νέον, ήλιο ή υδρογόνο.

Πρόοδος:

Τοποθετήστε το πιάτο οριζόντια μπροστά από το μάτι. Μέσα από τις άκρες παρατηρούμε στην οθόνη την εικόνα της ολισθαίνουσας σχισμής της συσκευής προβολής. Βλέπουμε τα κύρια χρώματα του προκύπτοντος συνεχούς φάσματος με την ακόλουθη σειρά: βιολετί, μπλε, κυανό, πράσινο, κίτρινο, πορτοκαλί, κόκκινο.

Αυτό το φάσμα είναι συνεχές. Αυτό σημαίνει ότι το φάσμα περιέχει κύματα όλων των μηκών κύματος. Έτσι, βρήκαμε ότι τα συνεχή φάσματα δίνονται από σώματα που βρίσκονται σε στερεά ή υγρή κατάσταση, καθώς και αέρια υψηλής συμπίεσης.

Βλέπουμε πολλές χρωματιστές γραμμές που χωρίζονται από φαρδιές σκούρες ρίγες. Η παρουσία ενός φάσματος γραμμής σημαίνει ότι μια ουσία εκπέμπει φως μόνο σε ένα πολύ συγκεκριμένο μήκος κύματος.

Φάσμα υδρογόνου: βιολετί, μπλε, πράσινο, πορτοκαλί.

Η πορτοκαλί γραμμή του φάσματος είναι η πιο φωτεινή.

Φάσμα ηλίου: μπλε, πράσινο, κίτρινο, κόκκινο.

Η πιο φωτεινή γραμμή είναι η κίτρινη γραμμή.

Με βάση την εμπειρία μας, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι τα φάσματα γραμμής δίνουν όλες τις ουσίες αέρια κατάσταση. Σε αυτή την περίπτωση, το φως εκπέμπεται από άτομα που πρακτικά δεν αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Τα μεμονωμένα άτομα εκπέμπουν αυστηρά συγκεκριμένα μήκηκυματιστά

Εργαστηριακή εργασία Νο 43

Ενότητα 5.Οπτική

Θέμα 5.2.Κυματικές ιδιότητες του φωτός

Τίτλος εργαστηρίου: Προσδιορισμός του μήκους κύματος του φωτός χρησιμοποιώντας πλέγμα περίθλασης

Στόχος της μάθησης:αποκτήστε ένα φάσμα περίθλασης, προσδιορίστε τα μήκη κύματος του φωτός διαφορετικό χρώμα

Στόχοι μάθησης:παρατηρήστε το μοτίβο παρεμβολής, λάβετε φάσματα πρώτης και δεύτερης τάξης, προσδιορίστε τα ορατά όρια του φάσματος του ιώδους φωτός και του κόκκινου φωτός και υπολογίστε τα μήκη κύματός τους.

Κανόνες ασφαλείας:κανόνες συμπεριφοράς στο γραφείο κατά την εκτέλεση πρακτικό μάθημα

Επίσημη ώρα: 2 ώρες

Εκπαιδευτικά αποτελέσματα, που δηλώνεται στο Ομοσπονδιακό Εκπαιδευτικό Πρότυπο τρίτης γενιάς:

Ο μαθητής πρέπει

έχω την δυνατότητα να:μετρήστε το μήκος κύματος του φωτός, εξάγετε συμπεράσματα με βάση πειραματικά δεδομένα

ξέρω:δομή πλέγματος περίθλασης, περίοδος τριψίματος, συνθήκες σχηματισμού μεγίστων

Διαθεσιμότητα επαγγέλματος

Κατευθυντήριες γραμμέςγια την ολοκλήρωση εργαστηριακού μαθήματος

Τετράδιο εργαστηρίου, μολύβι, χάρακας, συσκευή προσδιορισμού μήκους κύματος φωτός, βάση για τη συσκευή, πλέγμα περίθλασης, πηγή φωτός.

Διαδικασία διεξαγωγής του μαθήματος:ατομική δουλειά

Θεωρητικό υπόβαθρο

Μια παράλληλη δέσμη φωτός, που διέρχεται από ένα πλέγμα περίθλασης, λόγω της περίθλασης πίσω από το πλέγμα, διαδίδεται προς όλες τις πιθανές κατευθύνσεις και παρεμβαίνει. Ένα μοτίβο παρεμβολής μπορεί να παρατηρηθεί σε μια οθόνη τοποθετημένη στη διαδρομή του παρεμβαλλόμενου φωτός. Τα μέγιστα φωτός παρατηρούνται σε σημεία της οθόνης. Για την οποία πληρούται η προϋπόθεση:  = n (1)

 - διαφορά διαδρομής κύματος.  - μήκος κύματος φωτός, n – μέγιστος αριθμός. Το κεντρικό μέγιστο ονομάζεται μηδέν: για αυτό  = 0. Αριστερά και δεξιά του βρίσκονται μέγιστα υψηλότερων τάξεων.

Η συνθήκη για την εμφάνιση μέγιστου (1) μπορεί να γραφτεί διαφορετικά: n = ρεΑμαρτία

Εικόνα 1

Εδώ d είναι η περίοδος του πλέγματος περίθλασης,  είναι η γωνία στην οποία

μέγιστο φωτός (γωνία περίθλασης). Εφόσον οι γωνίες περίθλασης είναι μικρές, τότε για αυτές μπορούμε να πάρουμε Sin  = tan , και tan  = a/b Σχήμα 1, επομένως n = ρεΕΝΑ/σι (2)

Αυτός ο τύπος χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό του μήκους κύματος του φωτός.

Ως αποτέλεσμα των μετρήσεων, διαπιστώθηκε ότι για το κόκκινο φως λcr = 8 10-7 m, και για το ιώδες φως - λph = 4 10-7 m.

Δεν υπάρχουν χρώματα στη φύση, υπάρχουν μόνο κύματα διαφορετικών μηκών κύματος

Η ανάλυση του τύπου (1) δείχνει ότι η θέση των μέγιστων φωτός εξαρτάται από το μήκος κύματος του μονοχρωματικού φωτός: όσο μεγαλύτερο είναι το μήκος κύματος. Όσο πιο μακριά είναι το μέγιστο από το μηδέν.

Το λευκό φως είναι πολύπλοκο στη σύνθεση. Μηδέν μέγιστο για αυτόν - λευκή ρίγα, και τα μέγιστα των υψηλότερων τάξεων αντιπροσωπεύουν ένα σύνολο έγχρωμων

ζώνες, το σύνολο των οποίων ονομάζεται φάσμα  και  Σχήμα 2

Σχήμα 2

Η συσκευή αποτελείται από μια ράβδο με μια κλίμακα 1, μια ράβδο 2, μια βίδα 3 (η ράβδος μπορεί να ρυθμιστεί σε διαφορετικές γωνίες). Κατά μήκος της ράβδου στις πλευρικές αυλακώσεις, μπορείτε να μετακινήσετε το ρυθμιστικό 4 με την οθόνη 5. Ένα πλαίσιο 6 είναι προσαρτημένο στο άκρο της ράβδου, μέσα στο οποίο έχει εισαχθεί ένα πλέγμα περίθλασης, Εικόνα 3

Εικόνα 4

Σχήμα περίθλασης Σχήμα 3

Σχάρα περίθλασηςαποσυνθέτει το φως σε ένα φάσμα και σας επιτρέπει να προσδιορίσετε με ακρίβεια τα μήκη κύματος του φωτός

Εικόνα 5

Εντολή εργασίας

Συναρμολογήστε την εγκατάσταση, Εικόνα 6

Εγκαταστήστε μια πηγή φωτός και ενεργοποιήστε την.

Κοιτάζοντας μέσα από το πλέγμα περίθλασης, στρέψτε τη συσκευή προς τη λάμπα έτσι ώστε το νήμα της λάμπας να είναι ορατό μέσα από το παράθυρο της οθόνης της συσκευής

Τοποθετήστε την οθόνη στη μεγαλύτερη δυνατή απόσταση από το πλέγμα περίθλασης.

Μετρήστε την απόσταση b από την οθόνη του οργάνου έως το πλέγμα περίθλασης χρησιμοποιώντας την κλίμακα ράβδου.

Προσδιορίστε την απόσταση από τη μηδενική διαίρεση (0) της κλίμακας οθόνης έως το μέσο της βιολετί λωρίδας τόσο στα αριστερά "a l" και στα δεξιά "a p" για φάσματα τάξης , Εικόνα 4 και υπολογίστε τη μέση τιμή, a sr

Επαναλάβετε το πείραμα με φάσμα τάξεως .

Εκτελέστε τις ίδιες μετρήσεις για τις κόκκινες ζώνες του φάσματος περίθλασης.

Χρησιμοποιώντας τον τύπο (2), υπολογίστε το μήκος κύματος του ιώδους φωτός για φάσματα τάξεων  και , το μήκος κύματος του κόκκινου φωτός τάξεων  και .

Εισαγάγετε τα αποτελέσματα των μετρήσεων και των υπολογισμών στον πίνακα 1

Εξάγουμε ένα συμπέρασμα

Πίνακας Νο. 1

Περίοδος περίθλασης σχάρες d mm

Σειρά φάσματος

Απόσταση από περίθλαση γραμμές στην οθόνη

Όρια του ιώδους φάσματος

Όρια του κόκκινου φάσματος

Ελαφρύ μήκος

το κόκκινο Ακτινοβολία

Μωβ Ακτινοβολία

Ερωτήσεις για ενοποίηση θεωρητικό υλικόΠρος την εργαστηριακό μάθημα

Γιατί το μηδενικό μέγιστο του φάσματος περίθλασης του λευκού φωτός είναι μια λευκή λωρίδα και το μέγιστο των υψηλότερων τάξεων ένα σύνολο έγχρωμων λωρίδων;

Γιατί τα μέγιστα βρίσκονται και στα αριστερά και στα δεξιά του μηδενικού μέγιστου;

Σε ποια σημεία της οθόνης λαμβάνονται τα μέγιστα , , ;

Ποια είναι η εμφάνιση του σχεδίου παρεμβολής στην περίπτωση του μονοχρωματικού φωτός;

Σε ποια σημεία της οθόνης είναι το ελάχιστο φως;

Ποια είναι η διαφορά στη διαδρομή της φωτεινής ακτινοβολίας ( = 0,49 μm), δίνοντας το 2ο μέγιστο σε φάσμα περίθλασης? Προσδιορίστε τη συχνότητα αυτής της ακτινοβολίας

Σχάρα περίθλασης και οι παράμετροί του.

Ορισμοί της συμβολής και της περίθλασης του φωτός.

Συνθήκες για μέγιστο φως από πλέγμα περίθλασης.

Μετά την ολοκλήρωση πρακτική δουλειάο μαθητής πρέπει να υποβάλει:- Ολοκληρωμένες εργαστηριακές εργασίες σύμφωνα με τις παραπάνω απαιτήσεις.
Βιβλιογραφία:

V. F. Dmitrieva Φυσική για επαγγέλματα και τεχνικές ειδικότητες M.: Publishing House Academy - 2016

R. A. Dondukova Οδηγός για τη διεξαγωγή εργαστηριακών εργασιών στη φυσική για τη δευτεροβάθμια επαγγελματική εκπαίδευση M.: Higher School, 2000

Εργαστηριακή εργασία στη φυσική με ερωτήσεις και εργασίες

O. M. Tarasov M.: FORUM-INFA-M, 2015

Ομοσπονδιακό Κρατικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα

ανώτερη επαγγελματική εκπαίδευση

"Ομοσπονδιακό Πανεπιστήμιο της Σιβηρίας"

Ινστιτούτο Πολεοδομίας, Διοίκησης και Περιφερειακής Οικονομίας

Τμήμα Φυσικής

Αναφορά εργαστηρίου

Μέτρηση του μήκους κύματος του φωτός με χρήση πλέγματος περίθλασης

Δάσκαλος

V.S. Ivanova

Μαθητική ΠΕ 07-04

Κ.Ν. Dubinskaya

Krasnoyarsk 2009

Στόχος της εργασίας

Μελέτη περίθλασης φωτός σε μονοδιάστατο πλέγμα, μέτρηση μήκους κύματος φωτός.

Σύντομη θεωρητική εισαγωγή

Ένα μονοδιάστατο πλέγμα περίθλασης είναι μια σειρά από διαφανείς παράλληλες σχισμές ίσου πλάτους a, που χωρίζονται από ίσους αδιαφανείς χώρους b. Το άθροισμα των μεγεθών των διαφανών και αδιαφανών περιοχών συνήθως ονομάζεται περίοδος ή σταθερά πλέγματος d.

Η περίοδος τριψίματος σχετίζεται με τον αριθμό των γραμμών ανά χιλιοστό n από τη σχέση

Ο συνολικός αριθμός των γραμμών πλέγματος N είναι ίσος με

όπου l είναι το πλάτος της σχάρας.

Το σχέδιο περίθλασης σε ένα πλέγμα καθορίζεται ως αποτέλεσμα αμοιβαίας παρεμβολής κυμάτων που προέρχονται από όλες τις N σχισμές, δηλ. Το πλέγμα περίθλασης εκτελεί παρεμβολή πολλαπλών δεσμών συνεπών δέσμες φωτός που προέρχονται από όλες τις σχισμές.

Αφήστε μια παράλληλη δέσμη μονοχρωματικού φωτός με μήκος κύματος λ να προσπίπτει στο πλέγμα. Πίσω από το πλέγμα, ως αποτέλεσμα της περίθλασης, οι ακτίνες θα διαδοθούν σε διαφορετικές κατευθύνσεις. Δεδομένου ότι οι σχισμές βρίσκονται σε ίσες αποστάσεις μεταξύ τους, οι διαφορές διαδρομής Δ των δευτερευόντων ακτίνων που σχηματίζονται σύμφωνα με την αρχή Huygens-Fresnel και προέρχονται από γειτονικές σχισμές στην ίδια κατεύθυνση θα είναι ίδιες σε όλο το πλέγμα και ίσες

Αν αυτή η διαφορά διαδρομής είναι πολλαπλάσιο ενός ακέραιου αριθμού μηκών κύματος, δηλ.

Στη συνέχεια, κατά τη διάρκεια της παρεμβολής, τα κύρια μέγιστα θα εμφανιστούν στο εστιακό επίπεδο του φακού. Εδώ m = 0,1,2, … είναι η σειρά των κύριων μεγίστων.

Τα κύρια μέγιστα εντοπίζονται συμμετρικά σε σχέση με το κεντρικό, ή μηδέν, με m = 0, που αντιστοιχούν σε ακτίνες φωτός που διέρχονταν από το πλέγμα χωρίς αποκλίσεις (χωρίς διάθλαση, = 0). Η ισότητα (2) ονομάζεται συνθήκη για τα κύρια μέγιστα στο πλέγμα. Κάθε σχισμή σχηματίζει επίσης το δικό της σχέδιο περίθλασης. Σε εκείνες τις κατευθύνσεις στις οποίες μια σχισμή παράγει ελάχιστα, θα παρατηρηθούν και ελάχιστα από άλλες σχισμές. Αυτά τα ελάχιστα καθορίζονται από τη συνθήκη

Η θέση των κύριων μεγίστων εξαρτάται από το μήκος κύματος λ. Επομένως, όταν το λευκό φως περνάει μέσα από ένα πλέγμα, όλα τα μέγιστα, εκτός από το κεντρικό (m = 0), θα αποσυντεθούν σε ένα φάσμα, το ιώδες τμήμα του οποίου θα βλέπει το κέντρο του σχεδίου περίθλασης και το κόκκινο μέρος θα πρόσωπο προς τα έξω. Αυτή η ιδιότητα ενός πλέγματος περίθλασης χρησιμοποιείται για τη μελέτη της φασματικής σύνθεσης του φωτός, δηλ. ένα πλέγμα περίθλασης μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως φασματική συσκευή.

Ας υποδηλώσουμε την απόσταση μεταξύ του μέσου του μηδενικού μέγιστου και του μέγιστου των τάξεων 1,2, ... mth, αντίστοιχα, x 1 x 2 ... x t και την απόσταση μεταξύ του επιπέδου του πλέγματος περίθλασης και της οθόνης -L . Στη συνέχεια το ημίτονο της γωνίας περίθλασης

Χρησιμοποιώντας την τελευταία σχέση, από την συνθήκη των κύριων μεγίστων μπορεί κανείς να προσδιορίσει το λ οποιασδήποτε γραμμής στο φάσμα.

Η πειραματική ρύθμιση περιλαμβάνει:

S - πηγή φωτός, CL - φακός collimator, S - σχισμή για περιορισμό του μεγέθους της δέσμης φωτός, PL - φακός εστίασης, DR - πλέγμα περίθλασης με περίοδο d = 0,01 mm, οθόνη E για παρατήρηση του σχεδίου περίθλασης. Για εργασία σε μονόχρωμο φως, χρησιμοποιούνται φίλτρα.

Εντολή εργασίας

Τακτοποιούμε τα μέρη εγκατάστασης κατά μήκος 1 άξονα με την υποδεικνυόμενη σειρά και στερεώνουμε ένα φύλλο χαρτιού στην οθόνη.

Ενεργοποιήστε την πηγή φωτός S. Τοποθετήστε ένα λευκό φίλτρο.

Χρησιμοποιώντας έναν χάρακα που είναι προσαρτημένος στην εγκατάσταση, μετρήστε την απόσταση L από τη γρίλια μέχρι την οθόνη.

L 1 = 13,5 cm = 0,135 m, L 2 = 20,5 cm = 0,205 m.

Σημειώνουμε σε ένα χαρτί τα μεσαία σημεία του μηδενός, του πρώτου και των άλλων μέγιστων δεξιά και αριστερά του κέντρου. Μετρήστε την απόσταση x 1, x 2 με εξαιρετική ακρίβεια.

Ας υπολογίσουμε τα μήκη κύματος που μεταδίδει το φίλτρο.

Ας βρούμε την αριθμητική μέση τιμή του μήκους κύματος χρησιμοποιώντας τον τύπο

Ας υπολογίσουμε το απόλυτο σφάλμα μέτρησης χρησιμοποιώντας τον τύπο

όπου n είναι ο αριθμός των αλλαγών, ɑ - πιθανότητα εμπιστοσύνηςμετρήσεις, t ɑ (n) – ο αντίστοιχος συντελεστής Student.

Γράφουμε το τελικό αποτέλεσμα στη φόρμα

Συγκρίνουμε το μήκος κύματος που προκύπτει με τη θεωρητική τιμή. Καταγράφουμε το συμπέρασμα της εργασίας.

Πρόοδος

Μέγιστη παραγγελία	X m στα δεξιά του 0	X m στα αριστερά του 0
Φίλτρο φωτός - πράσινο
				5,3 * 10 -5 cm
				5,7 * 10 -5 εκ
				6,9 * 10 -5 εκ
				ΕΡΓΑΣΙΑ Νο 2 ΜΕΤΡΗΣΗ ΦΩΤΟΣ ΜΗΚΟΥΣ ΚΥΜΑΤΟΣ Στόχος της εργασίας: εξοικειωθείτε με το φαινόμενο της διάθλασης φωτός, κάντε μετρήσεις και υπολογίστε τα μήκη κύματος των κύριων γραμμών εκπομπής ατμών υδραργύρου στο ορατό τμήμα του φάσματος. Εξοπλισμός: φωτιστικά, τροφοδοτικά, ζυγαριά με σχισμή, σχάρα περίθλασης. Περιγραφή της μεθόδου Περίθλαση είναι η κάμψη ενός φωτεινού κύματος γύρω από τα όρια αδιαφανών σωμάτων με το σχηματισμό παρεμβολής ανακατανομή της ενέργειας σε διάφορες κατευθύνσεις. Χρησιμοποιώντας το φαινόμενο της περίθλασης φωτός, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ένα πλέγμα περίθλασης για να μετρήσετε το μήκος κύματος του φωτός. Ένα πλέγμα περίθλασης είναι ένα σύστημα παράλληλων σχισμών ίσου πλάτους που βρίσκονται επάνω ίση απόστασηο ένας από τον άλλο. Η απόσταση μεταξύ των κέντρων των παρακείμενων σχισμών είναι ίση με ( ένα + σι ) = ρε , Οπου σι – πλάτος σχισμής, ένα – το πλάτος του αδιαφανούς διακένου μεταξύ των σχισμών ονομάζεται περίοδος του πλέγματος περίθλασης (Εικ. 1). Όταν ένα επίπεδο μονοχρωματικό φωτεινό κύμα πέφτει στο πλέγμα, κάθε σημείο των σχισμών γίνεται πηγή δευτερευόντων σφαιρικών συνεκτικών κυμάτων που διαδίδονται από το πλέγμα προς όλες τις κατευθύνσεις. Ένα κύμα ονομάζεται επίπεδο, το μπροστινό μέρος του οποίου είναι ένα επίπεδο που χωρίζει την περιοχή που εμπλέκεται από το διερχόμενο κύμα στο ταλαντωτική διαδικασία, από μια περιοχή του χώρου στην οποία δεν έχει φτάσει ακόμη το κύμα και δεν έχουν αρχίσει οι ταλαντώσεις. Εάν τοποθετηθεί ένας συλλεκτικός φακός στη διαδρομή των κυμάτων πίσω από το πλέγμα, τότε θα παρατηρηθεί ένα μοτίβο περίθλασης στην οθόνη που βρίσκεται στο εστιακό επίπεδο του φακού: 100%">

Εάν ακτίνες που προέρχονται από διαφορετικές, αλλά όχι γειτονικές, σχισμές προστίθενται και προκύπτει διαφορά διαδρομής ίση με περιττό αριθμό μισών μηκών κύματος, τότε προκύπτουν επιπλέον ελάχιστα. Η κατάστασή τους έχει τη μορφή

Οπου Ν – συνολικός αριθμόςσχισμές πλέγματος περίθλασης,

Μ ¢ = 1, 2, 3,…,Ν – 1.

Εξωτερικά, η εμφάνιση πρόσθετων ελάχιστων εκδηλώνεται στο γεγονός ότι το σχέδιο περίθλασης αποτελείται από φαρδιές σκούρες λωρίδες που χωρίζονται από φως στενές γραμμέςκύρια μέγιστα. Όσο περισσότερες γραμμές περιέχει ένα πλέγμα περίθλασης, όσο πιο στενά λαμβάνονται τα μέγιστα περίθλασης, τόσο μεγαλύτερη είναι η ανάλυση του πλέγματος

https://pandia.ru/text/80/046/images/image006_17.gif" width="628" height="260">

Εάν δεν είναι μονόχρωμο, αλλά λευκό φως πέφτει στο πλέγμα, τότε όλα τα κύρια μέγιστα, εκτός από το κεντρικό, αποσυντίθενται σε ένα φάσμα και η εικόνα παίρνει τη μορφή που φαίνεται στο Σχ. 2. Από το (2) είναι σαφές ότι σε αυτά τα φάσματα οι κόκκινες ακτίνες είναι πιο μακριά από το κέντρο από τις ιώδεις, γιατί μεγάλο Προς την > μεγάλο φά .

Περιγραφή εγκατάστασης

https://pandia.ru/text/80/046/images/image008_12.gif" width="393" height="290">
Το διάγραμμα εγκατάστασης φαίνεται στο Σχ. 3. Φως από την πηγή 1, διερχόμενο στενό χάσμα 2 στο περίβλημα του λαμπτήρα 3, πέφτει σε μια σχεδόν παράλληλη δέσμη πάνω στο πλέγμα περίθλασης 5. Το σχέδιο περίθλασης παρατηρείται από το μάτι. Σε αυτή την περίπτωση, το μάτι προβάλλει γραμμές φωτός στην κλίμακα 4, στην οποία είναι ορατό το σχέδιο περίθλασης.

Από το τρίγωνο αλφάβητο φαίνεται ότι η γωνία περίθλασης ι για μεμονωμένες ρίγες μπορούν να βρεθούν από την ισότητα

Οπου μεγάλο – απόσταση από τη σχισμή μέχρι το πλέγμα περίθλασης. μεγάλο – απόσταση από το μέγιστο μηδενική σειρά(από τη σχισμή) στη ζώνη φάσματος που μας ενδιαφέρει.

Λήψη μετρήσεων

1. Ενεργοποιήστε το φωτιστικό με μια λάμπα υδραργύρου που έχει φάσμα γραμμής.

2. Τοποθετήστε το πλέγμα περίθλασης όσο το δυνατόν πιο μακριά από τη σχισμή, έτσι ώστε τα φάσματα πρώτης και δεύτερης τάξης να είναι ευδιάκριτα. Μετρήστε την απόσταση μεγάλο από την υποδοχή μέχρι τη σχάρα. Το επίπεδο σχάρας πρέπει να είναι τοποθετημένο κάθετα στις ακτίνες φωτός.

3. Κοιτώντας μέσα από τη σχάρα τη σχισμή, μετρήστε σε μια κλίμακα την απόσταση από το μέσο της σχισμής έως τη βιολετί γραμμή στο φάσμα πρώτης και δεύτερης τάξης. Θα πρέπει να μετρηθεί μεγάλο ’ Και μεγάλο ” (δεξιά και αριστερά του κενού). Εισαγάγετε τα αποτελέσματα των μετρήσεων στον πίνακα.

4. Χρησιμοποιώντας τους τύπους (2) και (5), προσδιορίστε το μήκος κύματος των ιωδών ακτίνων. Τιμή περιόδου πλέγματος ρε αναγράφεται στην εγκατάσταση.

0 " style="border-collapse:collapse;border:none">

Σειρά φάσματος

Αριστερά μεγάλο ¢ , mm

σωστά μεγάλο ¢¢ , mm

αμαρτίαι

μεγάλο Εγώ , mm

<μεγάλο > , mm

Βιολέτα

Πορτοκάλι

7. Καταγραφή τελικό αποτέλεσμαγια κάθε χρώμα:

8. Βγάλτε συμπέρασμα μετρώντας ρε μεγάλο το ίδιο για όλα τα χρώματα. Συγκρίνετε τα ληφθέντα μήκη κύματος με τα μήκη κύματος του πίνακα.

Ερωτήσεις ελέγχου

1. Τι είναι το πλέγμα περίθλασης;

2. Ποια είναι η περίοδος ενός πλέγματος περίθλασης που έχει 1000 γραμμές ανά 1 mm;

3. Ποια είναι η προϋπόθεση για να ληφθούν τα κύρια μέγιστα κατά την περίθλαση; αεροπλάνα κύματασε πλέγμα περίθλασης;

4. Ποια είναι η προϋπόθεση για να ληφθούν τα κύρια ελάχιστα κατά την περίθλαση των επίπεδων κυμάτων από ένα πλέγμα περίθλασης;

5. Τι είναι οι ζώνες Fresnel και τι καθορίζει τον αριθμό των ζωνών Fresnel που χωρούν σε μια επίπεδη σχισμή;

6. Τι είναι υψηλότερη τάξηφάσμα από πλέγμα περίθλασης με τελεία ρε = 3,5 µm εάν το μήκος κύματος του φωτός μεγάλο = 600 nm;

7. Πώς αλλάζει η ένταση των κύριων μεγίστων με την αύξηση του αριθμού των σχισμών Ν με περίθλαση από πολλές σχισμές;

8. Ποια είναι η περίθλαση του φωτός;