Konklusjon til laboratoriemåling av lysbølgelengde. i diamant er lik...

Emne: «Måling av lysets bølgelengde ved hjelp av diffraksjonsgitter».

Leksjonens mål: eksperimentelt oppnå et diffraksjonsspektrum og bestemme lysbølgelengden ved å bruke et diffraksjonsgitter;

dyrke oppmerksomhet, velvilje og toleranse mens du arbeider i små grupper;

utvikle interesse for å studere fysikk.

Leksjonstype: leksjon i dannelse av ferdigheter og evner.

Utstyr: lysbølgelengder, OT-instruksjoner, laboratorieinstruksjoner, datamaskiner.

Metoder: laboratoriearbeid, gruppearbeid.

Tverrfaglige forbindelser: matematikk, informatikk IKT.

All kunnskap virkelige verden

kommer fra og ender med erfaring

EN.Einstein.

Leksjonsfremgang

JEG. Organisatorisk øyeblikk.

Oppgi tema og formål med leksjonen.

ІІ. 1. Oppdatering av grunnleggende kunnskap. Undersøkelse av studenter (Tillegg 1).

Utføre laboratoriearbeid.

Elevene blir bedt om å måle bølgelengden til lys ved hjelp av et diffraksjonsgitter.

Studentene samles i små grupper (4-5 personer hver) og utfører sammen laboratoriearbeid etter instruksjonene. Ved hjelp av en datamaskin Excel-programmer foreta beregninger og legge inn resultatene av arbeidet i en tabell (i Word).

Evalueringskriterier:

Laget som fullfører oppgaven først får en poengsum på 5;

den andre - score 4;

tredje – rangering 3

Livssikkerhetsregler mens du utfører arbeid.

Arbeid i grupper under veiledning av en lærer.

Generalisering og systematisering av arbeidsresultater av studenter.

Resultatet av arbeidet føres inn i en tabell på datamaskinen (Tillegg 2).

ІІІ.

Oppsummering. Sammenlign resultatene som er oppnådd med tabelldataene. Trekk konklusjoner.

Speilbilde.

Ble alt slik jeg hadde planlagt?

Hva ble gjort bra?

Hva ble dårlig gjort?

Hva var lett å gjøre og hva var uventet vanskelig?

Arbeid i liten gruppe Hjelpte det meg eller skapte det ekstra vanskeligheter?

VI. Lekser.

Søk jobb.

Gjenta teoretisk materiale om emnet "Interferens og diffraksjon av lys".

Lag et kryssord om emnet "Egenskaper til elektromagnetiske bølger."

Vedlegg 1

1. Hva er lys?

2. Hva består den av? hvitt lys?

3. Hvorfor kalles lys synlig stråling?

4. Hvordan bryte ned hvitt lys til et fargespekter?

5. Hva er et diffraksjonsgitter?

6. Hva kan du måle med et diffraksjonsgitter?

7. Kan to forskjellige farger lysbølger, for eksempel rød og grønn stråling, har samme lengder bølger?

8. Og i samme miljø?

Tillegg 2

Rød

10 -7 m

Oransje

10 -7 m

Gul

10 -7 m

Grønn

10 -7 m

Blå

10 -7 m

Blå

10 -7 m

Fiolett

10 -7 m

Laboratoriearbeid

Tema: Måling av lysets bølgelengde.

Formålet med arbeidet: måle bølgelengden til rødt og lilla blomster, sammenligne de oppnådde verdiene med tabellverdiene.

Utstyr: elektrisk lyspære med en rett filament, en enhet for å bestemme lysets bølgelengde.

Teoretisk del

I dette arbeidet, for å bestemme lysbølgelengden, brukes et diffraksjonsgitter med en periode på 1/100 mm eller 1/50 mm (perioden er angitt på gitteret). Det er hoveddelen av måleoppsettet vist på figuren. Gitteret 1 er installert i en holder 2, som er festet til enden av linjalen 3. På linjalen er det en svart skjerm 4 med en smal vertikal spalte 5 i midten. Skjermen kan bevege seg langs linjalen, som lar deg endre avstanden mellom den og diffraksjonsgitteret. Det er millimeterskalaer på skjermen og linjalen. Hele installasjonen er montert på et stativ 6.

Hvis du ser gjennom gitteret og spalten på en lyskilde (en glødelampe eller et stearinlys), så kan du på den svarte bakgrunnen på skjermen observere diffraksjonsspektra av 1., 2., osv. orden på begge sider av spalten .

Ris. 1

Bølgelengdeλ bestemt av formelenλ = dsinφ/k , Hvord - gitterperiode; k - spektrum rekkefølge;φ - vinkelen som maksimalt lys av den tilsvarende fargen observeres ved.

Siden vinklene der 1. og 2. ordens maksima er observert ikke overstiger 5°, kan tangentene deres brukes i stedet for vinklenes sinus. Av figuren er det tydelig attgφ = b/a . AvstandEN telle ved hjelp av en linjal fra gitteret til skjermen, avstandenb - langs skjermskalaen fra spalten til valgt spektrumlinje.

Ris. 2

Den endelige formelen for å bestemme bølgelengde ser ut somλ = db/ka

I dette arbeidet er ikke målefeilen til bølgelengder estimert på grunn av en viss usikkerhet i valg av midtre del av spekteret til en gitt farge.

Arbeidet kan utføres ved bruk av instruks nr. 2 eller nr. 2

Instruksjon nr. 1

Arbeidsfremgang

1. Lag et rapportskjema med en tabell for å registrere resultatene av målinger og beregninger.

2. Sett sammen måleoppsettet, installer skjermen i en avstand på 50 cm fra rutenettet.

3. Se gjennom diffraksjonsgitteret og spalten i skjermen ved lyskilden og flytt gitteret i holderen, installer det slik at diffraksjonsspektrene er parallelle med skjermskalaen.

4. Beregn rød bølgelengde i 1. ordens spektrum til høyre og venstre for spalten i skjermen, bestem gjennomsnittsverdien av måleresultatene.

5. Gjør det samme forandrefargeov.

6. Sammenlign resultatene dine medtabellbølgelengder.

Instruksjon nr. 2

Arbeidsfremgang

Mål avstanden b til den tilsvarende fargen i spekteret til den første linjen til venstre og høyre for det sentrale maksimum. Mål avstanden fra diffraksjonsgitteret til skjermen (se figur 2).

Bestem eller beregn ristperioden d.

Regn ut lengden på lyset for hver av de syv fargene i spekteret.

Legg inn resultatene av målinger og beregninger i tabellen:

Farge

b ,venstre,m

b ,rett, m

b ,gjennomsnitt,m

EN ,m

Bestille

spektrumk

Gitterperiode

d ,m

Måltλ , nm

Fiolet

Synth

Blå

Zelenth

Gul

Oransjeth

Rød

4. Beregn relativ feil eksperimentere for hver farge i henhold til formelen

Leksjon-forskning

Selvkontrollbord

		Multimedia	Historiesider	Stol på, men verifiser	Vilkår. Formler.	I tillegg
student

Testing

Leksjon-forskning

om emnet "Bestemmelse av lysets bølgelengde"

Selvkontrollbord

Fullt navn på elev __________________________

	Testing ( nivå A, B, C )	Multimedia	Historiesider	Stol på, men verifiser	Vilkår. Formler.	I tillegg
student

Testing

"Leksjonsutvikling"

Leksjon - forskning

(11. klasse)

Lengdebestemmelse

lysbølge

Lærer: Radchenko M.I.

Tema: Bestemmelse av lysets bølgelengde. Laboratoriearbeid "Måling av lysets bølgelengde."

Leksjon - forskning. ( Søknad.)

Mål:

Oppsummere, systematisere kunnskap om lysets natur, eksperimentelt undersøke lysets bølgelengdes avhengighet av andre fysiske mengder, lære å se manifestasjonene av de studerte mønstrene i livet rundt, å utvikle samarbeidsevner i kombinasjon med studentenes selvstendighet, og å dyrke læringsmotiver.

Uten tvil begynner all vår kunnskap med erfaring.

Kant Immanuel

(tysk filosof, 1724-1804)

Dekorasjon – portretter av forskere, curriculum vitae, prestasjoner innen vitenskap. Grunnleggende lenker vitenskapelig kreativitet: innledende fakta, hypotese, implikasjoner, eksperiment, innledende fakta.

Leksjonsfremgang

Org. øyeblikk.

Lærerens åpningstale. Temaet for leksjonen og målene er laget i Power Point, projisert over nettverket på monitorskjermer og interaktiv tavle.

Læreren leser og forklarer ordene i epigrafen og hovedkoblingene til vitenskapelig kreativitet

Oppdatering av kunnskap. Repetisjon, generalisering av det studerte materialet om lysets natur. Problemløsning. Elevene presenterer resultatene sine teoretisk forskning, utarbeidet i form av Power Point-presentasjoner (dispersjon, interferens, lysdiffraksjon, diffraksjonsrist. Søknader).

Utføre laboratoriearbeid"Måling av lysets bølgelengde."(Vedlegg, lærebokmateriale.) Analyse av oppnådde resultater, konklusjoner.

Datamaskintesting. Oppgavene utarbeides i fire vanskelighetsgrader. Resultatet legges inn i "Selvkontrolltabellen". ( Søknad).

Oppsummering.

Elevene fyller ut egenkontrolltabeller med karakter iht ulike typer aktiviteter.

Læreren analyserer resultatene av arbeidet sammen med elevene.

Se dokumentinnholdet
"Lysfenomener nivå A"

LYSFENOMEN

Nivå A

A. TV.

B. Speil.

G. Sun.

2. For å finne ut lyshastigheten i et ukjent gjennomsiktig stoff, er det nok å bestemme...

A. Tetthet.

B. Temperatur.

B. Elastisitet.

G. Trykk.

D. Brytningsindeks.

3. En lysbølge er preget av bølgelengde, frekvens og forplantningshastighet. Når du flytter fra et miljø til et annet endres ikke...

A. Hastighet.

B. Temperatur.

B. Bølgelengde.

D. Kun frekvens.

D. Brytningsindeks.

4. Optisk systemØynene konstruerer bilder av fjerne objekter bak netthinnen. Hva slags synsfeil er dette og hvilke linser trengs til briller?

B. Nærsynthet, innsamling.

B. Det er ingen visuell defekt.

5. Hvis brytningsindeksen til diamant er 2,4, så lyshastigheten (c=3*10 8 m/s)

i diamant er lik...

A. 200 000 km/s.

B. 720 000 km/s.

V. 125000 km/s.

G. 725000 km/s.

D. 300 000 km/s.

B. Bølgelengden endres.

D. Bare frekvensen er den samme.

7. En person nærmer seg et flyspeil med en hastighet på 2 m/s. Hastigheten den nærmer seg bildet med er...

A. Lyn.

B. Shine edelstener.

V. Regnbue.

G. Skygge fra et tre.

9. Under drift skal lyset falle...

A. Rett.

B. Fra oven.

G. Foran.

10.

EN. Flatt speil.

B. Glassplate.

B. Konvergerende linse.

D. Divergerende linse.

11. På øyets netthinne bildet...

Se dokumentinnholdet
"Lysfenomen nivå B"

LYSFENOMEN

Nivå B

1. For å finne ut lyshastigheten i et ukjent gjennomsiktig stoff, er det nok å bestemme...

A. Tetthet.

B. Temperatur.

B. Elastisitet.

G. Trykk.

D. Brytningsindeks.

2. En lysbølge er preget av bølgelengde, frekvens og forplantningshastighet. Når du flytter fra et miljø til et annet endres ikke...

A. Hastighet.

B. Temperatur.

B. Bølgelengde.

D. Kun frekvens.

D. Brytningsindeks.

3. Det optiske systemet i øyet bygger et bilde av fjerne objekter bak netthinnen. Hva slags synsfeil er dette og hvilke linser trengs til briller?

A. Langsynthet, samlende.

B. Nærsynthet, innsamling.

B. Det er ingen visuell defekt.

G. Nærsynthet, spredning.

D. Langsynthet, spredning.

4. Hvis brytningsindeksen til diamant er 2,4, så lyshastigheten (c=3*10 8 m/s)

i diamant er lik...

A. 200 000 km/s.

B. 720 000 km/s.

V. 125000 km/s.

G. 725000 km/s.

D. 300 000 km/s.

5. Bestem bølgelengden hvis hastigheten er 1500 m/s og oscillasjonsfrekvensen er 500 Hz.

B. 7,5*10 5m.

D. 0,75*10 5m.

6. En reflektert bølge oppstår hvis...

A. En bølge faller på grensesnittet mellom medier med forskjellige tettheter.

B. Bølgen faller på grensesnittet mellom medier med samme tetthet.

B. Bølgelengden endres.

D. Bare frekvensen er den samme.

D. Brytningsindeksen er den samme.

7. En person nærmer seg et flyspeil med en hastighet på 2 m/s. Hastigheten den nærmer seg bildet med er...

8. Hvilket av følgende fenomener er forklart rettlinjet forplantning Sveta?

A. Lyn.

B. Glitter av edelstener.

V. Regnbue.

G. Skygge fra et tre.

9. Hvilken optisk enhet kan produsere et forstørret og ekte bilde av et objekt?

A. Flatt speil.

B. Glassplate.

B. Konvergerende linse.

D. Divergerende linse.

10. Bildet på netthinnen...

A. Forsterket, direkte, ekte.

B. Forminsket, omvendt (omvendt), ekte.

B. Forminsket, direkte, imaginær.

D. Forstørret, omvendt (omvendt), imaginær.

11. Finn perioden til gitteret hvis førsteordens diffraksjonsbilde ble oppnådd i en avstand på 2,43 cm fra det sentrale, og avstanden fra gitteret til skjermen var 1 m. Gitteret ble belyst med lys med bølgelengde på 486 nm.

Se dokumentinnholdet
"Lysfenomener nivå D"

LYSFENOMEN

Nivå D

1.Velg en kropp som er oppført nedenfor naturlig kilde Sveta.

A. TV.

B. Speil.

G. Sun.

2. Innfallsvinkelen til lysstrålen er 30º. Refleksjonsvinkelen til lysstrålen er lik:

3. Når solformørkelse en skygge og penumbra fra Månen dannes på jorden (se figur). Hva ser en person i skyggen ved punkt A?

4. Ved bruk av et diffraksjonsgitter med en periode på 0,02 mm ble det første diffraksjonsbildet oppnådd i en avstand på 3,6 cm fra det sentrale maksimum og i en avstand på 1,8 m fra gitteret. Finn bølgelengden til lyset.

5. Brennvidden til en bikonveks linse er 40 cm For at bildet av et objekt skal være i naturlig størrelse, må det plasseres fra linsen i en avstand lik ....

6. Først diffraksjon maksimum for lys med en bølgelengde på 0,5 mikron observeres i en vinkel på 30 grader til normalen. Ved 1 mm inneholder diffraksjonsgitteret linjer...

7. Ved fotografering fra en avstand på 200 m viste høyden på treet på negativet å være 5 mm. Hvis brennvidden på linsen er 50 mm, er treets faktiske høyde...

8. For å finne ut lyshastigheten i et ukjent gjennomsiktig stoff, er det nok å bestemme...

A. Tetthet.

B. Temperatur.

B. Elastisitet.

G. Trykk.

D. Brytningsindeks.

9. En lysbølge er preget av bølgelengde, frekvens og forplantningshastighet. Når du flytter fra et miljø til et annet endres ikke...

A. Hastighet.

B. Temperatur.

B. Bølgelengde.

D. Kun frekvens.

D. Brytningsindeks.

10. Det optiske systemet i øyet skaper et bilde av fjerne objekter bak netthinnen. Hva slags synsfeil er dette og hvilke linser trengs til briller?

A. Langsynthet, samlende.

B. Nærsynthet, innsamling.

B. Det er ingen visuell defekt.

G. Nærsynthet, spredning.

D. Langsynthet, spredning.

11. Bestem bølgelengden hvis hastigheten er 1500 m/s og oscillasjonsfrekvensen er 500 Hz.

B. 7,5*10 5m.

D. 0,75*10 5m.

12. Hvis brytningsindeksen til diamant er 2,4, så lyshastigheten (c=3*10 8 m/s)

i diamant er lik...

A. 200 000 km/s.

B. 720 000 km/s.

V. 125000 km/s.

G. 725000 km/s.

D. 300 000 km/s.

13. En reflektert bølge oppstår hvis...

A. En bølge faller på grensesnittet mellom medier med forskjellige tettheter.

B. Bølgen faller på grensesnittet mellom medier med samme tetthet.

B. Bølgelengden endres.

D. Bare frekvensen er den samme.

D. Brytningsindeksen er den samme.

14. En person nærmer seg et flyspeil med en hastighet på 2 m/s. Hastigheten den nærmer seg bildet med er...

15. Finn perioden for gitteret hvis førsteordens diffraksjonsbilde ble oppnådd i en avstand på 2,43 cm fra det sentrale, og avstanden fra gitteret til skjermen var 1 m. Gitteret ble belyst med lys med bølgelengde på 486 nm.

16. Øyets optiske system tilpasser seg oppfatningen av objekter som befinner seg i forskjellige avstander på grunn av...

A. Endringer i linsens krumning.

B. Ekstra belysning.

B. Nærmer seg og flytter objekter bort.

G. Lett irritasjon.

1 7. Hvilket av følgende fenomener forklares av den rettlinjede forplantningen av lys?

A. Lyn.

B. Glitter av edelstener.

V. Regnbue.

G. Skygge fra et tre.

18. Hvilken optisk enhet kan produsere et forstørret og ekte bilde av et objekt?

A. Flatt speil.

B. Glassplate.

B. Konvergerende linse.

D. Divergerende linse.

19. Under drift skal lyset falle...

A. Rett.

B. Fra oven.

G. Foran.

20. På netthinnen i øyet bildet...

A. Forsterket, direkte, ekte.

B. Forminsket, omvendt (omvendt), ekte.

B. Forminsket, direkte, imaginær.

D. Forstørret, omvendt (omvendt), imaginær.

"Diffraksjonsgitter."

Diffraksjonsgitter

Utformingen av en bemerkelsesverdig optisk enhet, et diffraksjonsgitter, er basert på diffraksjonsfenomenet.

Bestemme bølgelengden til lys

AC=AB*sin φ=D*sin φ

Hvor k=0,1,2...

Se presentasjonsinnhold
"Diffraksjon"

Diffraksjon

avvik fra rett linje

bølgeutbredelse, bølgebøyning rundt hindringer

Diffraksjon

mekaniske bølger

Diffraksjon

Erfaring Jung

Fresnel teori

Unge Thomas (1773-1829) engelsk vitenskapsmann

Fresnel Augustin (1788 - 1821) fransk fysiker

Se presentasjonsinnhold
"Interferens"

Interferens

Tillegg i bølgerommet, der det dannes en tidskonstant fordeling av amplitudene til de resulterende oscillasjonene

Oppdagelse av interferens

Fenomenet interferens ble observert av Newton

Oppdagelse og begrep interferens tilhører Jung

Betingelse for maksima

• Amplituden av oscillasjonene til mediet ved et gitt punkt er maksimal hvis forskjellen i banene til to bølgesvingende oscillasjoner på dette punktet er lik et heltall av bølgelengder

∆ d=k λ

Minimumstilstand

• Amplituden av oscillasjoner til mediet ved et gitt punkt er minimal hvis forskjellen i banene til de to bølgene som eksiterer oscillasjoner på dette punktet er lik et oddetall halvbølger.

∆ d=(2k+1) λ /2

«En såpeboble som svever i luften... lyser opp med alle nyansene av farger som ligger i de omkringliggende objektene. En såpeboble er kanskje naturens mest utsøkte mirakel."

Mark Twain

Interferens i tynne filmer

• Fargeforskjellen skyldes forskjellen i bølgelengde. Lysstråler av forskjellige farger tilsvarer bølger av forskjellige lengder. For gjensidig forsterkning av bølger kreves forskjellige filmtykkelser. Derfor, hvis filmen har ulik tykkelse, bør forskjellige farger vises når den er opplyst med hvitt lys.

• Et enkelt interferensmønster oppstår i et tynt luftlag mellom en glassplate og en plan-konveks linse plassert på den, hvis sfæriske overflate har en stor krumningsradius.

• Bølger 1 og 2 er sammenhengende. Hvis den andre bølgen henger etter den første med et helt antall bølgelengder, vil bølgene, når de legges til, forsterke hverandre. Oscillasjonene de forårsaker skjer i én fase.
• Hvis den andre bølgen henger etter den første ved oddetall halvbølger, så vil oscillasjonene forårsaket av dem oppstå i motsatte faser og bølgene kansellerer hverandre

• Kontroll av kvaliteten på overflatebehandlingen.
• Det er nødvendig å lage et tynt kileformet luftlag mellom overflaten av prøven og en veldig jevn referanseplate. Da vil uregelmessighetene forårsake merkbar bøyning av interferenskantene.

• Opplysende optikk. En del av strålen etter flere refleksjoner fra indre overflater passerer fortsatt gjennom den optiske enheten, men er spredt og er ikke lenger med på å skape et klart bilde. For å eliminere disse konsekvensene brukes belagt optikk. En tynn film påføres overflaten av det optiske glasset. Hvis amplitudene til de reflekterte bølgene er like eller svært nær hverandre, vil lysutryddelsen være fullstendig. Dempning av reflekterte bølger ved linser betyr at alt lys passerer gjennom linsen.

Se presentasjonsinnhold
"Bestemmelse av bølgelengden til lys l p"

Formel:

λ =( d synd φ ) /k ,

Hvor d - gitterperiode, k – spektrum rekkefølge, φ – vinkelen der maksimalt lys observeres

Avstand a måles langs linjalen fra gitteret til skjermen, avstanden b måles langs skjermskalaen fra spalten til valgt spektrumlinje

Maksimalt lys

Endelig formel

λ = db/ka

lysbølge

Interferenseksperimenter gjør det mulig å måle bølgelengden til lys: den er veldig liten - fra 4 * 10 -7 til 8 * 10 -7 m

Diffraksjonsgitter

Hensikten med arbeidet

Bruk et diffraksjonsgitter, skaff et spektrum og studer det. Bestem bølgelengden til fiolette, grønne og røde stråler

Teoretisk del av arbeidet

En parallell lysstråle som passerer gjennom et diffraksjonsgitter, på grunn av diffraksjon bak gitteret, sprer seg gjennom mulige veibeskrivelser og forstyrrer. Et interferensmønster kan observeres på en skjerm plassert i banen til forstyrrende lys. Ved punkt O på en skjerm plassert bak gitteret, vil forskjellen i banen til stråler av hvilken som helst farge være lik null, her vil det være et sentralt nullmaksimum - hvit stripe. På et punkt på skjermen hvor veiforskjellen til de fiolette strålene vil være lik bølgelengden til disse strålene, vil strålene ha de samme fasene; her vil det være et maksimum - en fiolett stripe - F. På punktet på skjermen hvor forskjellen i banen til de røde strålene vil være lik deres bølgelengde, vil det være et maksimum for de røde lysstrålene - K. Mellom punktene F og K vil maksimumsverdiene for alle andre komponenter være plassert hvit i rekkefølge med økende bølgelengde. Det dannes et diffraksjonsspektrum. Umiddelbart etter det første spekteret er det et andre ordens spektrum. Bølgelengden kan bestemmes av formelen:

Der λ er bølgelengde, m

φ er vinkelen der maksimum observeres for en gitt bølgelengde,

d – diffraksjonsgitterperiode d= 10 -5 m,

k – spektrumrekkefølge.

Siden vinklene der første og andre ordens maksima er observert ikke overstiger 5 0, kan tangentene deres brukes i stedet for vinklenes sinus:

hvor a er avstanden fra midten av vinduet til midten av spektrumstrålene, m;

ℓ - avstand fra diffraksjonsgitter til skjerm, m

Da kan bølgelengden bestemmes av formelen:

Utstyr

Enhet for å bestemme bølgelengden til lys, diffraksjonsgitter, glødelampe.

Arbeidsfremgang

1. Installer skjermen i en avstand på 40-50 cm fra gitteret (ℓ).

2. Se gjennom gitteret og spalten i skjermen ved lyskilden, sørg for at diffraksjonsspektrene er godt synlige på begge sider av spalten.

3. Bruk skalaen på skjermen, bestem avstanden fra midten av vinduet til midten av de fiolette, grønne og røde strålene (a), beregn bølgelengden til lyset ved å bruke formelen: ,

4. Etter å ha endret avstanden fra gitteret til skjermen (ℓ), gjenta eksperimentet for andre-ordens spekteret for stråler av samme farge.

5. Finn gjennomsnittlig bølgelengde for hver av de monokromatiske strålene og sammenlign med tabelldataene.

Tabell Bølgelengdeverdier for noen farger i spekteret

Tabell Resultater av målinger og beregninger

Beregninger

1. For førsteordensspekteret: k=1, d=, ℓ 1 =

a f1 = , a z1 = og kr1 =

Bølgelengde for første ordens spektrum:

- lilla: , λ f1 =

- grønn: , λ з1 =

- rød: , λcrl =

2. For andre ordensspekteret: k=2, d=, ℓ 2 =

a f2 = , a z2 = , a kr2 =

Bølgelengde for andre ordens spektrum:

- fiolett farge: , λ f2 =

- grønn: , λ з2 =

- rød: , λcr2 =

3. Gjennomsnittlige bølgelengder:

- fiolett farge: , λ fsr =

- grønn: , λ zsr =

- rød: , λ крр =

Konklusjon

Ta opp svar til spørsmål i hele setninger

1. Hva kalles diffraksjon av lys?

2. Hva er et diffraksjonsgitter?

3. Hva kalles gitterperioden?

4. Skriv ned gitterperiodeformelen og kommentarer til den

Laboratoriearbeid nr. 6

"Måle bølgelengden til lys ved hjelp av et diffraksjonsgitter"

Belyan L.F.,

fysikklærer

MBOU "Videregående skole nr. 46"

Bratsk by

Formålet med arbeidet:

Fortsett å utvikle ideer om fenomenet diffraksjon.

Studer en metode for å bestemme bølgelengden til lys ved å bruke et diffraksjonsgitter med en kjent periode.

k =-3 k=-2 k=-1 k=0 k=1 k=2 k=3

Utstyr:

1. Linjal

2.Diffraksjonsgitter

3. Skjerm med en smal vertikal spalte i midten

4. Lyskilde – laser (monokromatisk lyskilde)

Diffraksjonsgitter

Et diffraksjonsgitter er en samling stort antall Veldig smale sprekker, atskilt med ugjennomsiktige mellomrom.

a - bredde på gjennomsiktige striper

b - bredde på ugjennomsiktige striper

d = a + b

d- diffraksjonsgitterperiode

Utledning av arbeidsformelen:

Maksimum

Sveta

en

Gitter

Skjerm

d synd φ = k λ

fordi da er vinklene små

synd φ = tg φ, da

Måletabell

Spektrumrekkefølge

V

en

m

d

m

m



 10 -9 m

 ons

 10 -9 m

BEREGNINGER:

1 .  =

2.  =

3.  =

 gjennomsnitt =

Tabellverdier:

λ cr = 760 nm

I utgangen, sammenlign de målte bølgelengdeverdiene og de tabellerte.

Sikkerhetsspørsmål:

1. Hvordan endres avstanden mellom maksima for diffraksjonsmønsteret når skjermen beveger seg bort fra gitteret?

2. Hvor mange rekkefølger av spektrum kan oppnås fra diffraksjonsgitterne som brukes i arbeidet?

RESSURSER:

Fysikk. 11. klasse. Myakishev G.Ya., Bukhovtsev B.B., Charugin V.M.

Lærebok for allmenne utdanningsinstitusjoner.

Grunn- og profilnivå.

http://ege-study.ru/difrakciya-sveta/

http://kaf-fiz-1586.narod.ru/11bf/dop_uchebnik/in_dif.htm

http://www.physics.ru/courses/op25part2/content/chapter3/section/paragraph10/theory.html#.WGEjg1WLTIU

Bestemme bølgelengden til lys ved hjelp av et diffraksjonsgitter

Hensikten med arbeidet: bestemmelse ved hjelp av et diffraksjonsgitter av bølgelengden til lys i ulike deler synlig spektrum.

Enheter og tilbehør: diffraksjonsgitter; flat skala med et spor og en glødelampe med en matt skjerm, montert på en optisk benk; millimeter linjal.

1. TEORI OM METODEN

Bølgediffraksjon er bøying av bølger rundt hindringer. Hindringer forstås som ulike inhomogeniteter som bølger, spesielt lysbølger, kan bøye seg rundt, avvike fra rettlinjet forplantning og gå inn i området til en geometrisk skygge. Diffraksjon observeres også når bølger passerer gjennom hull og bøyer seg rundt kantene. Diffraksjon er merkbart uttalt hvis størrelsene på hindringer eller hull er av størrelsesorden bølgelengden, så vel som i store avstander fra dem sammenlignet med størrelsene deres.

Diffraksjon av lys har praktiske anvendelser i diffraksjonsgitter. Et diffraksjonsgitter er enhver periodisk struktur som påvirker forplantningen av bølger av en eller annen natur. Det enkleste optiske diffraksjonsgitteret er en serie identiske parallelle svært smale spalter atskilt med identiske ugjennomsiktige striper. I tillegg til slike transparente gitter er det også reflekterende diffraksjonsgitter, der lys reflekteres fra parallelle uregelmessigheter. Transparente diffraksjonsgitter er vanligvis en glassplate hvor striper (strøk) er tegnet med en diamant ved hjelp av en spesiell delemaskin. Disse stripene er nesten helt ugjennomsiktige mellomrom mellom de intakte delene av glassplaten - spaltene. Antall slag per lengdeenhet er angitt på rutenettet. Periode for det (konstante) gitteret d er den totale bredden av en ugjennomsiktig linje pluss bredden av en gjennomsiktig spalte, som vist i fig. 1, hvor det antas at strekene og stripene er plassert vinkelrett på tegningens plan.

La en parallell lysstråle falle på gitteret (GR) vinkelrett på planet, fig. 1. Siden spaltene er veldig smale, vil diffraksjonsfenomenet være sterkt uttalt, og lysbølgene fra hver spalte vil gå i forskjellige retninger. I det følgende vil vi identifisere rettlinjet forplantende bølger med begrepet stråler. Fra hele settet med stråler som forplanter seg fra hver spalte, velger vi en stråle av parallelle stråler som beveger seg i en viss vinkel  (diffraksjonsvinkel) til normalen trukket til gitterplanet. Av disse strålene, vurder to stråler, 1 og 2, som kommer fra to tilsvarende punkter EN Og C tilstøtende spor, som vist i fig. 1. La oss tegne en felles vinkelrett på disse strålene AB. På poeng EN Og C fasene av oscillasjoner er de samme, men på segmentet CB en veiforskjell  oppstår mellom strålene, lik

 = d synd. (1)

Etter direkte AB veiforskjellen  mellom bjelke 1 og 2 forblir uendret. Som man kan se av fig. 1, vil den samme veiforskjellen eksistere mellom stråler som kommer i samme vinkel  fra de tilsvarende punktene til alle tilstøtende spalter.

Ris. 1. Passasje av lys gjennom et diffraksjonsgitter DR: L – samlelinse, E – skjerm for å observere diffraksjonsmønsteret, M – konvergenspunkt for parallelle stråler

Hvis nå alle disse strålene, det vil si bølgene, bringes sammen på et tidspunkt, så vil de enten styrke eller svekke hverandre på grunn av fenomenet interferens. Den maksimale forsterkningen, når amplitudene til bølgene legges til, oppstår hvis veiforskjellen mellom dem er lik et heltall av bølgelengder:  = k, hvor k– heltall eller null,  – bølgelengde. Derfor, i retninger som tilfredsstiller betingelsen

d synd = k , (2)

maksima for lysintensitet med bølgelengde  vil bli observert.

For å redusere stråler som kommer i samme vinkel  til ett punkt ( M) det brukes en samlelinse L, som har egenskapen til å samle en parallell stråle av stråler i et av punktene i dets brennplan, hvor skjermen E er plassert. Brennplanet går gjennom linsens fokus og er parallelt med linsens plan; avstand f mellom disse planene er lik brennvidden til linsen, Fig. 1. Det er viktig at linsen ikke endrer forskjellen i banen til strålene , og formel (2) forblir gyldig. Linsens rolle i dette laboratoriearbeidet spilles av linsen til observatørens øye.

I retninger der diffraksjonsvinkelen  ikke tilfredsstiller relasjon (2), vil delvis eller fullstendig demping av lys forekomme. Spesielt vil lysbølger som ankommer møtepunktet i motsatte faser kansellere hverandre fullstendig, og minimum belysning vil bli observert på de tilsvarende punktene på skjermen. I tillegg sender hver spalte, på grunn av diffraksjon, stråler med forskjellig intensitet i forskjellige retninger. Som et resultat vil bildet som vises på skjermen ha et ganske komplekst utseende: mellom hovedmaksima, bestemt av betingelsen (2), er det ekstra eller sidemaksima, atskilt med svært mørke områder - diffraksjonsminima. I praksis vil imidlertid bare hovedmaksima være synlige på skjermen, siden lysintensiteten i sekundærmaksima, for ikke å snakke om minima, er svært lav.

Hvis lyset som faller inn på gitteret inneholder bølger med forskjellig lengde  1,  2,  3, ..., så ved hjelp av formel (2) er det mulig å beregne for hver kombinasjon k og  deres diffraksjonsvinkelverdier , for hvilke hovedmaksima for lysintensitet vil bli observert.

På k= 0 for enhver verdi av  viser det seg at  = 0, dvs. i retningen strengt vinkelrett på gitterplanet, forsterkes bølger av alle lengder. Dette er det såkalte spekteret null rekkefølge. Generelt, antallet k kan ta verdier k= 0, 1, 2 osv. To tegn, , for alle verdier k 0 tilsvarer to systemer med diffraksjonsspektre lokalisert symmetrisk i forhold til nullordensspekteret, til venstre og til høyre for det. På k= 1 spektrum kalles førsteordensspekteret, når k= 2 oppnås et andreordens spektrum osv.

Siden alltid |sin|  1, så av relasjon (2) følger det at for gitt d og  verdi k kan ikke være vilkårlig stor. Maksimalt mulig k, dvs. det begrensende antall spektre k max , for et spesifikt diffraksjonsgitter kan oppnås fra tilstanden som følger av (2) under hensyntagen til det faktum at |sin|  1:

Det er derfor k max er lik det maksimale heltall som ikke overstiger forholdet d/. Som nevnt ovenfor sender hver spalte stråler med forskjellig intensitet i forskjellige retninger, og det viser seg at ved store verdier av diffraksjonsvinkelen  er intensiteten til de sendte strålene svak. Derfor er spektra med store verdier |k|, som bør observeres i store vinkler , vil praktisk talt ikke være synlig.

Bildet som vises på skjermen når det gjelder monokromatisk lys, det vil si lys karakterisert ved en spesifikk bølgelengde , er vist i fig. 2a. På en mørk bakgrunn kan du se et system av individuelle lyse linjer i samme farge, som hver tilsvarer sin egen betydning k.

Ris. 2. Type bilde oppnådd ved bruk av et diffraksjonsgitter: a) tilfellet med monokromatisk lys, b) tilfellet med hvitt lys

Hvis ikke-monokromatisk lys som inneholder et sett med bølger av forskjellig lengde (for eksempel hvitt lys) faller på gitteret, så for en gitt k 0 bølger med forskjellig lengde  vil bli forsterket i forskjellige vinkler , og lyset vil bli dekomponert til et spektrum når hver verdi k tilsvarer hele settet med spektrallinjer, fig. 2b. Evnen til et diffraksjonsgitter til å dekomponere lys til et spektrum brukes i praksis for å innhente og studere spektre.

Hovedkarakteristikkene til et diffraksjonsgitter er dets oppløsning R og varians D. Hvis det er to bølger med nære lengder  1 og  2 i lysstrålen, vil to tettliggende diffraksjonsmaksima vises. Med en liten forskjell i bølgelengder  =  1   2 vil disse maksima smelte sammen til en og vil ikke være synlige separat. I henhold til Rayleigh-betingelsen er to monokromatiske spektrallinjer fortsatt synlige separat i tilfellet når maksimum for linjen med bølgelengde  1 faller i stedet for nærmeste minimum for linjen med bølgelengde  2 og omvendt, som vist i fig. . 3.

Ris. 3. Diagram som forklarer Rayleigh-tilstanden: jeg– lysintensitet i relative enheter

Vanligvis, for å karakterisere et diffraksjonsgitter (og andre spektrale enheter), ikke minimumsverdi, når linjene er synlige hver for seg, og den dimensjonsløse verdien

kalt oppløsning. I tilfellet av et diffraksjonsgitter, ved å bruke Rayleigh-betingelsen, kan man bevise formelen

R = kN, (5)

Hvor N – fullt antall ristslag, som kan finnes ved å kjenne bredden på risten L og periode d:

Vinkeldispersjon D bestemmes av vinkelavstanden  mellom to spektrallinjer, relatert til forskjellen i deres bølgelengder :

Den viser endringshastigheten i diffraksjonsvinkelen  til stråler avhengig av endringen i bølgelengden .

Forholdet / inkludert i (7) kan finnes ved å erstatte det med dets deriverte d/d, som kan beregnes ved hjelp av relasjon (2), som gir

. (8)

For tilfellet med små vinkler , når cos  1, fra (8) får vi

Sammen med vinkelspredning D lineær dispersjon brukes også D l, som bestemmes av den lineære avstanden  l mellom spektrallinjer på skjermen, relatert til forskjellen i deres bølgelengder :

Hvor D- vinkelspredning, f– brennvidde på objektivet (se fig. 1). Den andre formelen (10) er gyldig for små vinkler  og oppnås hvis vi tar i betraktning at for slike vinkler  l  f .

Jo høyere oppløsning R og varians D, jo bedre er kvaliteten på en hvilken som helst spektral enhet som inneholder spesielt et diffraksjonsgitter. Formlene (5) og (9) viser at et godt diffraksjonsgitter bør inneholde et stort antall linjer N og har en kort periode d. I tillegg er det ønskelig å bruke spektra av store bestillinger (med store verdier k). Imidlertid, som nevnt ovenfor, er slike spektre vanskelig å se.

Hensikten med dette laboratoriearbeidet er å bestemme bølgelengden til lys i ulike områder spektrum ved bruk av et diffraksjonsgitter. Installasjonsskjemaet er vist i fig. 4. Lyskildens rolle spilles av et rektangulært hull (spalte) EN i Shk-skala, opplyst av en glødelampe med matt skjerm S. Øyet til observatøren G, plassert bak diffraksjonsgitteret DR, observerer det virtuelle bildet av spalten i de retningene der lysbølger som kommer fra forskjellige spalter i gitteret blir gjensidig forsterket, dvs. i retningene til hovedmaksima.

Ris. 4. Laboratorieoppsettdiagram

Spektre av ikke høyere enn tredje orden studeres, for hvilke diffraksjonsvinklene  er små for diffraksjonsgitteret som brukes, og derfor kan deres sinus erstattes av tangenter. I sin tur vil tangenten til vinkelen , som kan sees fra fig. 4, lik forholdet y/x, Hvor y– avstand fra hullet EN til virtuelt bilde spektral linje på skalaen, og x– avstand fra skalaen til gitteret. Slik,

. (11)

Så i stedet for formel (2) vil vi ha , hvorfra

2. PROSEDYRE FOR UTFØRELSE AV ARBEIDET

1. Installer som vist i fig. 4, skala med hull EN i den ene enden av den optiske benken nær glødelampen S, og diffraksjonsgitteret - i sin andre ende. Slå på lampen foran som det er en matt skjerm.

2. Flytt risten langs benken, sørg for at den røde kanten av det høyre spekteret av første orden ( k= 1) falt sammen med enhver hel divisjon på Shk-skalaen; skrive ned verdien y i tabellen 1.

3. Bruk en linjal og mål avstanden x for dette tilfellet og angi også verdien i tabellen. 1.

4. Utfør de samme operasjonene for den fiolette grensen til det høyre spekteret av første orden og for midten av den grønne delen som ligger i den midtre delen av spekteret (heretter vil denne midten bli kalt den grønne linjen for korthet); verdier x Og y for disse sakene kommer også inn i tabellen. 1.

5. Gjør lignende målinger for venstre spekter av første orden ( k= 1), legge inn måleresultatene i tabellen. 1.

Vær oppmerksom på at for venstre spektra av enhver rekkefølge k y.

6. Utfør de samme operasjonene for de røde og fiolette grensene og for den grønne linjen til andreordens spektra; Legg inn måledata i samme tabell.

7. Gå inn i tabellen. 3 diffraksjonsgitterbredde L og verdien av ristperioden d, som er angitt på den.

Tabell 1

Lampespekter glødelampe		x, cm	y, cm	 jeg, nm		 jeg =  jeg, nm
Lilla

3. BEHANDLING AV EKSPERIMENTELLE DATA

Bruk formel (12), beregne bølgelengdene  jeg for alle målinger

(d = 0,01 cm). Skriv inn verdiene deres i tabellen. 1.

2. Finn de gjennomsnittlige bølgelengdene separat for de røde og fiolette grensene til det kontinuerlige spekteret og den grønne linjen som studeres, samt gjennomsnittlige aritmetiske feil ved bestemmelse  ved å bruke formlene

Hvor n= 4 – antall målinger for hver del av spekteret. Skriv inn verdiene i tabellen. 1.

3. Presenter måleresultatene i form av en tabell. 2, hvor skriv ned grensene for det synlige spekteret og bølgelengden til det observerte grønn linje, uttrykt i nanometer og ångstrøm, og tar som  gjennomsnittsverdiene for de oppnådde bølgelengdene fra tabellen. 1.

Tabell 2

4. Bruk formel (6) og bestem det totale antallet gitterlinjer N, og bruk deretter formlene (5) og (9) for å beregne oppløsningen R og vinkelspredning av gitteret D for andre ordens spektrum ( k = 2).

5. Bruk formel (3) og dens forklaring, bestem det maksimale antallet spektre k max, som kan oppnås ved å bruke et gitt diffraksjonsgitter, ved å bruke den gjennomsnittlige bølgelengden til den observerte grønne linjen som .

6. Beregn frekvensen  til den observerte grønne linjen ved å bruke formelen  = c/, hvor Med– lysets hastighet, med  også mengden .

Alt beregnet i avsnitt. Skriv inn 4–6 verdier i tabellen. 3.

Tabell 3

4. SJEKK SPØRSMÅL

1. Hva er diffraksjonsfenomenet og når er diffraksjon mest merkbar?

Bølgediffraksjon er bøying av bølger rundt hindringer. Diffraksjon av lys er et sett med fenomener observert når lys forplanter seg gjennom små hull, nær grensene til ugjennomsiktige kropper, etc. og forårsaket av lysets bølgenatur. Fenomenet diffraksjon, felles for alle bølgeprosesser, har spesifikke trekk for lys, nemlig her er som regel bølgelengden λ mye mindre enn dimensjonene d til barrierer (eller hull). Derfor kan diffraksjon bare observeres ved tilstrekkelig store avstander. l fra barrieren ( l> d2/λ).

2. Hva er et diffraksjonsgitter og hva brukes lignende gitter til?

Et diffraksjonsgitter er enhver periodisk struktur som påvirker forplantningen av bølger av en eller annen natur. Et diffraksjonsgitter produserer multistråleinterferens av koherente diffraksjonerte lysstråler som kommer fra alle spalter.

3. Hva er et typisk transparent diffraksjonsgitter?

Transparente diffraksjonsgitter er vanligvis en glassplate hvor striper (strøk) er tegnet med en diamant ved hjelp av en spesiell delemaskin. Disse stripene er nesten helt ugjennomsiktige mellomrom mellom de intakte delene av glassplaten - spaltene.

4. Hva er formålet med linsen som brukes i forbindelse med diffraksjonsgitteret? Hva er linsen i dette arbeidet?

For å bringe stråler som kommer med samme vinkel φ til ett punkt, brukes en samlelinse, som har egenskapen til å samle en parallell stråle av stråler i et av punktene i brennplanet der skjermen er plassert. Linsens rolle i dette arbeidet spilles av linsen til observatørens øye.

5. Hvorfor oppstår en hvit stripe i den sentrale delen av diffraksjonsmønsteret når det belyses med hvitt lys?

Hvitt lys er ikke-monokromatisk lys som inneholder et sett med bølgelengder med forskjellige bølgelengder. I den sentrale delen av diffraksjonsbildet k = 0 dannes et sentralt maksimum av null orden, derfor vises en hvit stripe.

6. Definer oppløsningen og vinkelspredningen til et diffraksjonsgitter.

Hovedkarakteristikkene til et diffraksjonsgitter er dets oppløsning R og dispersjon D.

Vanligvis, for å karakterisere et diffraksjonsgitter, er det ikke minimumsverdien til Δλ, når linjene er synlige separat, som brukes, men en dimensjonsløs verdi

Vinkelspredning D bestemmes av vinkelavstanden δφ mellom to spektrallinjer, relatert til forskjellen i deres bølgelengder δλ:

Den viser endringshastigheten i diffraksjonsvinkelen φ til stråler avhengig av endringen i bølgelengden λ.

Med hjelp Manual >> Fysikk

Beregningsformel for beregning lengder lys bølger på hjelp diffraksjon gitter. Mål lengde bølger kommer ned til definisjon stråleavbøyningsvinkel...