1 Министерството на образованието и науката на Федералната агенция по Руската федерация за образование Caratovsky държавен технически университет, дължината на вълната на светлината измерване с помощта на решетъчните Методически указания за извършване на лабораторни упражнения по физика за студенти от всички специалности на всички форми на обучение електронно издание за местна дистрибуция Одобрен Редакционен комитет на Саратов държавен технически на университет
ако ($ това-> show_pages_images $ PAGE_NUM док [ 'images_node_id'])
4 Цел: да се определи дължината на вълната на светлината с дифракционна решетка ОСНОВИ светлина дифракционна феномен, наречен излиза от законите на праволинейни разпространение на светлината поради вълна природата. Дифракция води, по-специално, към светлина вълни пасаж около препятствия и проникването на светлината в геометричната сянка. Особено забележимо дифракция се случва, когато препятствия са съизмерими с размера на дължината на вълната на светлината. В резултат на дифракция бариера наблюдава дифракция на светли и тъмни ивици, пръстени и т.н. в зависимост от формата на препятствието. Моделът на дифракция е резултат от добавяне (смущения), така наречените вторични светлинни вълни. Идеята на вторични светлинни вълни е въведена от Хюйгенс. След това, неговите идеи са разработени Френел, който е взел предвид добавянето на вторични светлинни вълни. Ние казваме, че светлината вълна предната повърхност в пространството, на които в момента са достигнали светлинните вълни във фаза. Светлинните лъчи в изотропна среда винаги перпендикулярна на предната част на светлинна вълна. Например, източник на светлина точка произвежда сферична вълна отпред, и лъчите отклоняват радиално. Според принцип Хюйгенс, всяка точка на светлинна вълна фронт може да се разглежда като независим източник на сферични светлинни вълни. Тези вълни се наричат вторични. По всяко време след фронта на вълната могат да се изграждат като плик повърхност всички вторични вълни. Вторичните вълни се добавят един до друг и могат в определени точки на пространството взаимно подсилват взаимно, докато в други взаимно отслаби или напълно гасят. принцип Хюйгенс Fresnel е формулиран, както следва: амплитудата на вълната светлина във всяка точка в пространството се определя чрез добавяне на вторичните вълни, които идват в тази точка от всички части на светлинна вълна фронт. Дифракция от един тесен процеп използваме принципа на Хюйгенс Френел за специалния случай на дифракция на един тесен процеп. Нека паралелния сноп е обикновено инцидент на непрозрачен екран, който има празнина. Паралелен лъч съответства на фронта на планарни светлинна вълна. Съгласно принципа на Хюйгенс всяка точка в разликата на вълната отпред е източник на вторични сферични вълни и изпраща лъчите във всички СЗО-4
5 възможни посоки (фиг. 1а). Поза по пътя на лъчите сближават екран обектив и го поставете във фокалната равнина (фиг. 1б). Във всяка точка от този екран ще бъде сгънат вторични вълни от слота, последният обектива и дифракционен модел се появява на екрана. (А) Вторичните вълни са инцидент на обектива на всички ъгли. Различаваме лъчите, които съставят произволен ъгъл φ с първоначалната посока. Обективът събира лъчите в определен момент М и фокалната равнина на тези лъчи в даден момент prointerferiruyut. За определяне на резултат от интерференция използва метода на Fresnel зони. Fresnel зони са области, наречени основната вълна предната че вторичните вълни от тях, сгъваеми взаимно неутрализират взаимно. Ние разделят отпред на светлинните вълни в процепа на зоната Fresnel, както е показано на фиг. Нека ширина на прореза от която лъч светлина. Капка от точка А, перпендикулярна на отбрани крайна лъч светлина. Умствени разделят линия BC = asinφ редица сегменти на дължина. Чрез всички тези отсечки успоредна на АС, до тяхното пресичане с АВ, разделим предната вълна в слота за броя на ленти от фиг. 05 Януари B C (б) RIS. М А
6 Интензитет на еднаква ширина 1, 3, и т.н. Тези ленти са зони Fresnel. Комбинираният ефект на двете вторични вълни от съседните зони Fresnel в М води до тяхното взаимно изчезване от вълната от съответните части на съседни зони (например, най-лявата средна и т.н.) се стигне до точка изместен от М. Ето защо, ако този ъгъл φ съответства на четен брой Fresnel зони в точка М, който ще отговори на тези греди, има минимален интензитет. Ако броят на зоните ще бъде странно, една област, остава некомпенсиран, а точка M има максимална интензивност. В повечето случаи, броят на Френел зони не е цяло число. За тези ъгли има междинен интензивност. Ние изразяваме състоянието на максимална и минимална интензивност по общ начин. От фиг. Това показва, че броят на Fresnel зони равна на Z. грях Освен това, броят на зоните може да бъде цяло число или фракционна. Максималният брой точки Z трябва да бъде нечетно число, а в минимуми дори число. Обърнете цяло число не е равно на нула, к = 1, 3, Всякакъв брой к е дори и (к + 1) нечетен брой. След това в точката на максимална к 1, когато грях к 1. Минималните точки макс к, където к грях. В центъра на екрана, което съответства на Ф е ъгъл = 0, съществува централен връх, тъй като всички вторични вълни идват до центъра в една и съща фаза. Като цяло, дифракционната решетка е светъл централната ивица, успоредна на разликата, интензитетът на който намалява към ръбовете, и от двете страни на фиг на разпределение. 03 юни Z = мин Z = 3 макс Z = 5 макс Z = 4 мин
7 сложи редуват тъмни и светли ивици. Разпределението на интензивност по екрана, показан на фиг. 3. дифракционна решетка на дифракционната решетка е предназначен да се разложи комплекса състава и светлинния спектър на дължините на вълните. Той представлява броя на прозрачни прорези с еднаква ширина и разделени от пропуски непрозрачен ширина б. За производството на решетката върху стъклена плоча с помощта на диамант нож отделяне машина се прилага за поредица от паралелни линии. Инсулти са непрозрачни пропуски и непокътнати пространство между прозрачните прорезите. За милиметър дължина на решетката се прилагат от линии 100 до 100, и всички масив може да съдържа повече удари, и по този начин, еднакъв брой слотове. Периодът на решетката (или решетъчна константа) г е сумата от разликата в ширина и непрозрачна празнина б (фиг. 4). г а б фиг. 4 СЪСТОЯНИЕ основната максимална Точно както в случая на един прорез на решетката е насочена паралелно светлина, леща и набор екран в фокусната равнина (фиг. 5). Г б М RIS. 5 На решетъчни прорези е пречупената светлина. Всеки слот се използва 7
8 източник на вторични вълни. Лъчите се различават от всеки процеп във всички възможни посоки. Събраните лъчи лещи (вторичен дължина на вълната) се намесва в равнината на екрана. Моделът на дифракция произведен от мрежестата структура е значително различен от модела на дифракция произведени от един прорез. Характерна особеност на модела на дифракция на решетката е наличието на тесни и светъл основен максимуми, в които е съсредоточена почти цялата енергия. Ние считаме, състоянието на главния максимум. Разграничаване лъчи, идващи от прорезите на произволна ъгъл φ към първоначалното посока (фиг. 5). За греди чрез добавяне на максималната сила на един от друг, е необходимо, че разликата между тях път, т.е. разликата разстояние, че тези лъчи минават преди добавяне точка равна на цяло число от дължини на вълните. С други думи, к, където к е цяло число. От фиг. 5 показва, че D грях, когато състоянието на основния пик може да се запише като г грях к, където к е цяло число = 0, ± 1, ±, наречен висок ред. Така че може да бъде повече от нулев ред, първи ред, и т.н. Теорията на намеса на много греди показва, че много голям брой пропуски в решетка, на екрана между основните върхове почти всички ще бъде тъмно, така че там са се наблюдава "минимум" от реалната решетка. При всички точки, където не е състоянието на основния пик, вторични вълни, когато се добавят почти се неутрализират взаимно. Ако осветяване решетка монохроматична светлина, тоест светлина с определена дължина, тесните светлинни ивици на тъмен фон ще се появят на екрана (фиг. 6). к = - к = -1 к = 0 к = 1 к = RIS. 6 цветни ленти се определя дължината на вълната на светлината. Централният лента (ивица нулев порядък) съответства на К = 0. 8
9 Максимален брой на наблюдаваните ленти се определя от състояние к г греха 1, т.е. едно и к. г на дифракция на главния връх състоянието може да бъде пренаписана, както Нека центъра на екрана, това е. О, произход. Позиция на основния пик на екрана (т.е.. М) се определя от разстоянието т. D (фиг. 7). Ако ние означаваме с е фокусното разстояние на обектива, тази на фиг. 7 показва, че Ftg. В грях малки ъгли на TG. След това, за малки ъгли, като се вземат предвид състоянието на главния максимум, получаваме к е. 9 Фиг. 7 к грях. г г Както се вижда, за даден максимално разстояние к ред на центъра на пропорционално на екрана на дължината на вълната на светлината. Ако решетката за осветяване с бяла светлина, която е сбор от всички възможни дължини на вълните, позицията на основната максима на екрана не съвпада с различни дължини на вълните. Светлината се разлага в спектъра, виолетово край, обърнат към централната част на екрана, като виолетова светлина има къса дължина на вълната (пМ) в сравнение с дължината на червена светлина дължина на вълната (нм). При разлагане на бялата светлина върху основните върхове на екрана за различни дължини на вълните в непосредствена близост до един от друг, а цветовете на спектъра прехвърля непрекъснато един в друг. В същото време се сблъскате с някои от спектрите на различни порядъци (фиг. 8). В центъра на екрана (0) наблюдава спектър от нулев порядък, не се разпространява през дължини на вълните, което означава, че бял ивица. За к 1 е симетрично разположени спектри на първия ред. Когато к = ±, ± 3, наблюдаваната спектрите на втория и високи поръчки. Така дифрактограма възникне поради смущения на екрана на вторичните вълни от пропуски решетка. Средни вълни идват в различни цветове във всички точки на екрана, но анулира навсякъде, освен в тези места, където състоянието на главния максимум. е О М
Cr 10 F F F Сг Сг Сг P к = - к = -1 к = 0 к = 1 к = RIS. 8 определи дължината на светлинна вълна през дифрактограма на експеримент е показан на фиг. 9. На фигурата са следните символи: един осветител; диск с цветни филтри; 3 прорез нарязва на черен екран, срещу които се наблюдават на спектъра; 4 мм мащаб; 5 с решетка период D = 0,01 mm; 6, отвор, през който контролира фиг. око 9 наблюдател, разположен точно зад решетката. Lens е оптичната система на окото и екрана на ретината. Спектър на дифракция се формира върху ретината, но наблюдателят вижда на фона на тъмно екран в непосредствена близост до скалата мм. Фиг. 10, една от основните пикове, образувани в точка М на ретината. Наблюдателят вижда в точка М на тъмен екран на разстояние "от нула максимум (процеп)
11 R 'O M M RIS. 10 Състоянието на главния пик г грях к може да се изрази с дължина на вълната г грехът. к Както вече бе отбелязано, за малки ъгли TG грях. От фиг. 10, че "TG, R, където R разстоянието от очите на наблюдателя на екрана. По този начин, ние се получи формула за определяне на дължината на вълната на г ', к г който работи в тази лаборатория. От очите на наблюдателя е в близост до решетката на разстояние R може да бъде измерено от решетката на екрана. Снимка на работните етапи на експерименталното настройка е показана на фиг. 11. Числата съответстват на означението използван на фиг. 9. Измерванията се извършват в следния ред. Обръщане на осветителното устройство е разположен срещу прореза безцветно филтър екран с прорез се премества на разстояние R, което е дадено от учителя. Екранът трябва да се вижда ярка непрекъснат спектър на първи и втори ред. За да намерите дължината на определени вълни на цвят трябва да се намери разстоянието "на върха на цвета от центъра на екрана. За това служи да се определи разстоянието между лентите на един цвят на първия и втория ред и 1 (вж. Фиг. 1). 11
ФИГУРА 12 к = - к = -1 к = 0 к = 1 к = RIS. 1 В този случай, линиите от първи ред получат 1 '1 1, за линиите "на втория ред. След това с помощта на работна формула се изчислява дължина на вълната, съответстваща цвят 1 и 1 г "г" R R. Периодът на решетката, използван в тази лаборатория, г = 10 микрометра. И накрая, средната дължина на вълната е дължината на вълната 1. Определянето за производство на различни цветове, например, червени, сини и зелени (по указания на учителя). След определен цветни филтри, съответстващи на същия предварително определен цвят и измерването се повтаря, сравняване на стойностите, получени
13 chennye при прилагане безцветни и цветни филтри. В доклада на работа трябва да бъдат определени предварително определен цветен филтър, заданието R, всички проби с писмено стойности обяснение на всички номера с формула с заместените работни номера изчислени стойности на дължините на вълните и техните средни стойности. ВЪПРОСИ КЪМ ДОКЛАДА 1. Какво е светлината от гледна точка на електромагнитната теория. Какво е явлението дифракция на светлината? 3. Определяне и обясни принципа на Хюйгенс-Френел. 4. Обяснете явлението дифракция от един тесен процеп. 5. Какво е решетката? Обяснете явлението дифракция в решетката на дифракция. 6. Обяснява разлагане на бяла светлина в спектъра посредством решетка. 7. Как да се определи дължината на вълната чрез дифракционна решетка? Обяснете работи формула. СПРАВКА страни 1. LD Goldin Ръководство за лабораторни упражнения по физика / LD Goldin.- М. науката. Всяка година на публикуване. Гъбите LA Основи на физиката / LA гъби, NI Prokofeva.- М. Gradarika, Detlaf АА физика курс / АА Detlaf VM Yavorskiy.- М. ВУ , Yevseyev L. насоки за регистрацията на доклади за лабораторни упражнения по физика. / LA Evseeva.- Sarat. състояние. tehn. Унив. - Саратов: Саратов държавен технически университет, Savelyev IV курс на обща физика, т / IV Savelev.- М. науката, гл .. Ед. Sci. Литература. Всяка година на публикуване. 6. Трофимова TI Курсът по физика. / TI Trofimova.- М. СОУ,