Автор работы: Пользователь скрыл имя, 12 Апреля 2010 в 17:11, Не определен
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: измерить длины волн излучения ртутной лампы и радиус кривизны линзы из анализа интерференционной картины в виде колец Ньютона.
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
Явление интерференции можно наблюдать при освещении тонких прозрачных пленок, когда разделение световой волны на два когерентных пучка происходит вследствие отражения света от двух поверхностей пленки. В результате такого отражения возникают когерентные световые волны, которые при наложении дают локализованные интерференционные картины. Место локализации зависит от формы пленок, условий наблюдения и освещения.
Пусть в точку О на прозрачную пластину падает пучок света (луч 1), часть света отразится от верхней поверхности пластины в точке О (луч 2), другая часть, преломившись в точке О, отразится от нижней поверхности (луч 3)
Если i и j расположены по одну сторону от нормали, то
d(
sinj2
+ sin i) = lk .
При нормальном падении света дифракционная картина будет симметричной относительно главного максимума. В рассматриваемом случае дифракционная картина асимметрична.
Рис.3.
Из рисунка 3,с видно, что j1=a1+i, j2=a2 - i, где a1 и a2 - углы, образованные между нулевым максимумом и соответствующими максимумами слева и справа от нулевого. Складывая уравнения (7) и (8) и подставляя значения j1 и j2, получаем:
d sin(a1+i) + sin(a2 - i)=2kl,
откуда после некоторых преобразований следует
Учитывая, что угол мал, и, следовательно, cos(i/2) @ 1, эту формулу можно упростить:
Измерив углы a1 и a2, и воспользовавшись известным значением постоянной решетки d, можно определить длины волн спектральных линий.
Установка состоит из ртутной лампы ПРК - 2 и спектрогониометра, на столике которого, устанавливают плоскую дифракционную решетку.
| Оптическая
схема установки изображена на рис.4:
1 - источник света,2 - щель, 3 - коллиматор, 4 - объектив коллиматора, 5 - столик, 6 - решетка, 7 - объектив зрительной трубы, 8 - зрительная труба, 9 - окуляр зрительной трубы, 10 - нониус. Коллиматор 3 с входной щелью 2 служит для создания параллельного пучка света, зрительная труба 8 для наблюдения спектральных линий. На столике 5 устанавливается дифракционная решетка. Зрительная труба гониометра может поворачиваться вокруг вертикальной оси прибора, при этом угол поворота трубы отсчитывается с помощью лимба и нониуса. |
Рис.4. |
Лимб - круговая шкала в угловых градусах, нанесенная по окружности неподвижного столика гониометра. Два диаметрально противоположных нониуса (отсчет можно производить по любому) поворачиваются вместе со зрительной трубой.
1. Проверить заполнение прибора светом. При этом в зрительную трубу должна быть резко видна ярко освещенная щель прибора. Записать положение зрительной трубы, при котором перекрестие окуляра совпадает с изображением щели.
2. На столик спектрогониометра установить дифракционную решетку так, чтобы на глаз ее плоскость была перпендикулярна падающему на нее лучу света.
3. Навести зрительную трубу, и измерить угловое положение линий трех цветов для первого, второго и третьего порядков дифракционных спектров по обе стороны от главного максимума нулевого порядка.
4. Длину волны спектральных линий вычислять по формуле (9), где a1 и a2 - углы, образованные спектральными линиями с главным максимумом нулевого порядка.
5. Измерения углового положения линий производить дважды - при прямом и обратном движении зрительной трубы.
6. Все измерения и вычисления представить в виде таблицы:
| Порядок спектра, k | Цвет линии | Угловое положение линии | bлев - bпр | a1 + a2
2 |
l (нм) | |
| bлев | bпр | |||||
Сумма углов a1 + a2 равна разности отсчетов bлев - bпр , где bлев - угловое положение линий слева от нулевой полосы, bпр - угловое положение линий справа от нулевой полосы.
7. Вычислить l спектральных линий каждого цвета.
Длину волны каждой спектральной линии вычислить сначала отдельно для каждого порядка дифракции. Измерения углов дифракции для больших порядков имеют большую точность (меньшую относительную погрешность). При вычислении окончательного значения длины волны спектральной линии, значения длин волн, полученные для разных порядков берут с определенным коэффициентом - «весом».
Подробнее методику расчета средневзвешенного значения результата и его погрешности в случае неравноточных измерений смотри в методических указаниях «Математическая обработка результатов физического эксперимента».
1. Результаты измерений в виде таблицы.
2. Расчет трех длин волн для первого, второго и третьего порядков дифракции.
3. Расчет средневзвешенных значений трех длин волн и их погрешностей.
1. Что называется дифракцией?
2. Какими должны быть размеры щели, чтобы наблюдалась дифракционная картина?
3. Что произойдет со спектром, если сместить дифракционную решетку параллельно самой себе?
4. Для каких длин волн будет наблюдаться больший угол дифракции?
5. Что будет наблюдаться, если сместить собирающую линзу параллельно самой себе?
6. Что произойдет со спектром, если закрыть половину дифракционной решетки?