УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ
«Изучение дисперсии стеклянной призмы и дифракционной решетки».
ОПИСАНИЕ
Применение для изучения работы «Изучение дисперсии света».
Данное описание содержит технические характеристики и принципа действия установки, указания по эксплуатации и другие сведения, необходимые для обеспечения полного использования ее технических и педагогических возможностей.
S2─ направление луча, вышедшего из призмы,
А1─направление нормали к грани, на которую падает луч S1,
А2─ направление нормали к грани, из которой выходит луч S2,
i1, i2 — углы падения,
r1, r2 — углы преломления на границах раздела АС и АВ соответственно,
φ — преломляющий угол призмы,
δ — угол отклонения выходящего из призмы луча относительно первоначального направления.
-
Изучение дифракционной решетки и дисперсионной стеклянной призмы»
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ:
Установка ФПВ05-3/5-1 предназначена для проведения лабораторных работ по курсу физики раздел «Оптика» для инженерно-технических специальностей высшей школы.
Установка обеспечивает возможность определять показатель преломления стекла дисперсионной стеклянной призмы, а также изучить зависимость угла дифракции спектральных линий ртути в зависимости от длины волны и порядка решетки,
При проведении лабораторных работ установка может использоваться как самостоятельно , так и в составе лаборатории » Оптика «
Установка предназначена для эксплуатации в закрытых, сухих, отапливаемых помещениях при температуре окружающей среды от +10 ЦЕЛ до +35 ЦЕЛ и относительной влажности воздуха до 80 %.
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ:
Установка содержит:
- Гониометр с точностью отсчета углов 0,1град. — 1 шт.;
- Дисперсионную треугольную призму — 1 шт.;
- Марка стекла дисперсионной призмы ТФ 4;
- Преломляющий угол призмы, φ, град. 60±0,5;
- Осветитель — 1 шт.
Электропитание установки от сети переменного тока
частотой , Гц 50 + — 1, напряжением, В 220 (+10 %;-15 %)
- Потребляемая мощность, В*А, не более 40;
- Габаритные размеры, мм, не более 600 х 200 х 350;
- Масса, кг, не более 7;
- Наработка на отказ, часов, не менее 500;
- Средний срок службы, лет, не менее 5.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ:
1. Изучить явление дисперсии света.
2. Измерить показатели преломления материала призмы для различных длин волн спектра ртутной лампы.
3. Построить зависимость показателя преломления материала призмы от длины волны света.
4. Определить марку стекла, из которого изготовлена призма.
Изучение дисперсии дифракционной решетки (КРАТКО)
Плоская прозрачная дифракционная решетка представляет собой стеклянную полированную пластину, на которую с помощью алмазного резца нанесены при помощи специальной машины параллельные одинаковые штрихи, расположенные на строго одинаковых расстояниях друг от друга.
Действие дифракционной решетки можно понять, рассматривая падение плоской монохроматической волны на регулярную периодическую структуру, состоящую из чередующихся параллельных друг другу щелей одинаковой ширины b, расположенных на одинаковом расстоянии а друг от друга. Сумма ширины щели b и ширины штриха а называется постоянной или периодом дифракционной решетки d.
Период решетки связан с числом штрихов на единицу длины следующим соотношением:
На рис. 6.1 представлен ход лучей через решетку согласно схеме дифракции Фраунгофера, то есть когда на решетку падает плоская волна, а точка наблюдения практически находится на бесконечности. Если на дифракционную решетку 1 падает плоская моно-хроматическая волна, то в соответствии с принципом Гюйгенса — Френеля точки щели являются источниками когерентных волн. Вследствие дифракции эти когерентные волны распространяются далее под углами дифракции j1, j2, j3,… jm и, пройдя линзу 2, дают интерференционную картину, интенсивность которой определяется суперпозицией волн в плоскости…(см. технический паспорт изделия).
Всякая линза обладает тем свойством, что она не создает дополнительной разности фаз между лучами, собираемыми линзой в одной и той же точке изображения. Иными словами, оптические длины пути для этих лучей одинаковы. Амплитуды всех интерферирующих волн составляют арифметическую прогрессию.
Распределение интенсивности в дифракционной картине волн на экране зависит от интенсивности волн от каждой щели и от их взаимной интерференции. Разность хода D лучей от соседних щелей равна ( см. технический паспорт изделия).
Интенсивность дифрагированного света максимальна для таких углов jm , для которых волны, приходящие в точку наблюдения от всех щелей решетки оказываются в фазе, что определяется условием( см. технический паспорт изделия):
Условие минимума интенсивности света выражается в виде (см. технический паспорт изделия):
Точная теория дифракции учитывает как интерференцию волн, приходящих от разных щелей, так и дифракцию от каждой щели. Как показывает расчет, интенсивность I света, распространяющегося под углом j к нормали, равна(см. технический паспорт изделия).
Анализ выражения показывает, что при большом числе щелей N свет, прошедший через решетку, распространяется по ряду резко ограниченных направлений, определяемых соотношением (6.2). Зависимость интенсивности света от угла наблюдения представлена на рис. 6.2. Как следует из (6.2), углы, при которых наблюдаются световые максимумы, зависят от длины волны l. Дифракционная решетка представляет собой, таким образом, спектральный прибор.
Если на дифракционную решетку падает свет cложного спектрального состава, то после решетки образуется спектр, причем фиолетовые лучи отклоняются решеткой меньше, чем красные. Входящая в (6.2) величина m носит название порядка спектра. При максимумы интенсивности для всех длин волн располагаются при и накладываются друг на друга.
При освещении белым светом нулевой максимум, в отличии от всех прочих, оказывается неокрашенным. Спектры первого, второго и т. д. порядков располагаются симметрично по обе стороны от нулевого максимума.
Угловая дисперсия D характеризует угловое расстояние между близкими спектральными линиями: (см. технический паспорт изделия)
Дисперсия возрастает с увеличением порядка спектра. На опыте дисперсию определяют путем измерения углового расстояния между двумя близкими спектральными линиями с известной разностью длин волн (например, между желтой и сине-зеленой линиями ртути).
— Установите зрительную трубу так, чтобы изображение щели совпадало с одной из нитей окуляра;
— Дифракционную решетку в держателе установить перпендикулярно оси щель – окуляр. нескольких порядков спектральных линий;
— Определите для соседних спектральных линий;
— Рассчитайте дисперсию для разных порядков (m), используя формулу (см. технический паспорт изделия).
Результаты занести в отчет по работе.
По окончании работы отключить установку от сети.
Режим работы установки прерывистый — через каждые 2 часа работы делается перерыв на 10-15 мин.
