Опыт 6 .
«Определение длины световой волны
с помощью дифракционной решетки»
Дифракция волн - огибание волнами различных препятствий (неоднородностей).
Дифракция волн ( огибание волн) свойственна всякому волновому движению и проявляется особенно отчетливо в случаях, когда размеры препятствий меньше длины волны или сравнимы с ней. Для увеличения яркости дифракционной картины нужно пропускать свет через несколько параллельных щелей. В этом случае кроме явления дифракции будет происходить ещё и явление интерференции, т.к. лучи, идущие от всех щелей, оказываются когерентными.
Когерентными называются волны, имеющие одинаковую частоту и постоянную разность фаз.
Большое число параллельных и очень близко расположенных узких щелей, которые пропускают или отражают свет, называют дифракционной решёткой ( рис.1).
Дифракционные решетки с различным числом щелей на 1 мм:
50, 100, 200, 300, 600.
Рис.1.
Параллельный пучок света с длиной волны λ, проходя через дифракционную решётку, вследствие дифракции за решёткой, распространяется по всевозможным направлениям и интерферирует. На экране, установленном за дифракционной решеткой, от источника белого света, можно наблюдать интерференционную картину ( рис.2):
Рис. 2.
Определение длины световой волны с помощью прибора для определения длины световой волны.
Прибор для определения длины световой волны (рис.3) состоит из пластмассовой скамьи с горизонтальным пазом, и линейки. Паз служит для того, чтобы в него можно было поместить перемещающийся держатель дифракционной решетки. В держателе есть щель, в которую вставляется дифракционная решетка. На правом конце скамьи находится источник света – лазерная указка. На левом конце скамьи находится шкала, на которой высвечиваются максимумы, возникающие в результате интерференции когерентных лучей, получающихся после прохождения лазерного луча через щели дифракционной решетки.
Рис.3.
Опыт 1. Поместим держатель на расстояние 10 см от шкалы. Вставим в него дифракционную решетку с постоянной 1/300 ( 300 штрихов на мм ) и включим лазерный источник света ( рис.4).
На экране будет видно 5 максимумов – один – центральный и два боковых на расстоянии 2 см и 4,2 см от центрального максимума.
Проблема. Почему центральный максимум будет красный, а не белый, как на рисунке 2
Ответ. На рис.2 максимум белого цвета образуется при сложении максимумов всех цветов, а у нас только один цвет – красный.
Рис.4.
Определим длину световой волны, излучаемой лазерной указкой.
Все выводы приведены на рис.5 в соответствии с чертежом.
Подставим в формулу для определения длины световой волны наши значения :
d ( постоянная решетки) = 0,003 мм
l = 100 мм, h = 20 мм, к = 1.
Получится λ ~ 600 нм.
Рис. 5.
Опыт 2. Поместим держатель на расстояние 10 см от шкалы.
Вставим в него дифракционную решетку с постоянной 600 шт/мм и включим лазерный источник света.
На экране будет видно 5 максимумов – один – центральный и два боковых на расстоянии 2 см и 4,2 см от центрального максимума.
Подставим в формулу для определения длины световой волны наши значения :
d ( постоянная решетки) = 0,0015 мм
l = 100 мм, h = 4,2 мм, к = 2.
Получится λ ~ 630 нм.
Результаты определения длины световой волны практически совпадают с реальными данными, причем во втором случае результат получился белее точным. Почему ?.