Измерение длины световой волны с помощью прозрачной дифракционной решетки

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ

[pic 1]

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное бюджетно-образовательное учреждение

высшего образования

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра общей физики

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4

По дисциплине        Физика        

        (наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)

Тема работы:   Измерение длины световой волны с помощью прозрачной дифракционной решетки        

Выполнил: студент гр.                                                   .

        (шифр группы)        (подпись)        (Ф.И.О.)

Оценка:        

Дата:

Санкт-Петербург

2022

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Определить длину световой волны с помощью прозрачной дифракционной решетки.

1. КРАТКОЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ СОДЕРЖАНИЕ

Основное физическое явление — дифракция световых волн.

Определения основных физических понятий, объектов, процессов и величин:

Интерференция — явление сложения световых колебаний с последующим формированием интерференционной картины (чередование минимумов и максимумов интенсивности) за счет взаимного увеличения или уменьшения результирующей амплитуды двух или нескольких когерентных волн при их наложении друг на друга.

Когерентными называют две электромагнитные волны одинаковой частоты, если разность их фаз не зависит от времени.

Когерентные колебания – это колебания с одинаковой частотой и постоянной во времени разностью фаз.

Длина волны – это расстояние между ближайшими друг к другу точками, колеблющимися в одинаковых фазах.        

Дифракция- явление отклонения света от прямолинейного распространения при прохождении вблизи препятствий.

Дифракционная решетка – это прозрачная пластина с нанесенными на нее непрозрачными штрихами равной ширины, а между непрозрачными штрихами имеются прозрачные одинаковой шириной щели. Дифракционная решётка осуществляет наложение двух процессов: дифракции на каждой отдельной щели и интерференции излучения от всех щелей.

Значительное усиление волн будет происходить только под теми углами ϕ, для которых световые волны, идущие от всех щелей, усиливают друг друга. Это взаимное усиление будет осуществляться, если оптическая разность хода лучей от соседних щелей ΔL кратна длине световой волны. Из рисунка 1 видно, что:

[pic 2]

[pic 3]

Рисунок 1. Схема хода лучей

 Законы и соотношения, описывающие изучаемые процессы, на основании которых получены расчётные формулы. Пояснения к физическим величинам и их единицы измерения.

Основное соотношение дифракционной решетки:

dsin φ = ± kλ, где:

d – постоянная (период) дифракционной решетки, [м];

φ – угол дифракции, [град];

k – порядок дифракции (k=0;±1;±2;…);

[pic 4] – длина волны, [нм].

1. СХЕМА УСТАНОВКИ

[pic 5]

где: 1-ртутная лампа (источник оптического излучения), 2-коллиматор, 3-дифракционная решетка, 4-столик гониометра, 5-зрительная труба, 6-окуляр, 7-лимба гониометра, S-входная щель.

1. ОСНОВНЫЕ РАСЧЁТНЫЕ ФОРМУЛЫ

1. Удвоенный угол дифракции

где: k – порядок дифракции (k=0;±1;±2;…);  – угол отклонения света после решетки [град].[pic 7]

1. Длина волны излучения

где: d – период дифракционной решетки.