Визначення довжини світлової хвилі

Обладнання, необхідні вимірювання, засоби вимірювання

У роботі на визначення довжини світлової хвилі використо-вують дифракційну решітку з періодом 1/100 мм або 1/50 мм (період вказано на решітці). Решітка — це основна частина вимірювальної установки, показаної на малюнку 194. Решітка l встановлена в тримачі 2, що прикріплений до кінця лінійки 3. На лінійці розміщується чорний екран 4 з вузькою вертикальною щілиною 5 посередині. Екран можна переміщувати вздовж лі-нійки, щоб змінювати його відстань до дифракційної решітки. На екрані і лінійці шкали з міліметровими поділками. Вся уста-новка закріплена на штативі 6.

Якщо дивитися через решітку i щілину на джерело світла (лампочку розжарювання чи свічку), то на чорному фоні екрана , можна спостерігати по обидва боки від щілини дифракційні спектри 1-го, 2-го і т. д. порядків.

Довжина хвилі визначається за формулою

де d — період решітки, k — порядок спектра, — кут, під яким спостерігається максимум світла відповідного кольору.

Оскільки кути, під якими спостерігаються максимуми 1-го І 2-го порядків, не перевищують 5°, то замість синусів кутів можна брати їх тангенси. З малюнка 195 видно, що

Відстань а від решітки до екрана визначають за допомогою лінійки, а відстань b від щілини до вибраної лінії спектра — за шкалою екрана. Довжина хвилі

У цій роботі похибку визначення довжини хвилі не оцінюють, бо немає повної чіткості у виборі середини частини спектра даного кольору.

Підготовка до проведення роботи

1. Підготувати бланк звіту з таблицею для записування результатів вимірювань і обчислень.

2. Скласти вимірювальну установку, встановити екран на від-стані 50 см від решітки.

3. Дивитися через дифракційну решітку і щілину в екрані на джерело світла і переміщувати при цьому решітку в тримачі так, щоб дифракційні спектри розмістилися паралельно шкалі екрана.

Постановка експерименту, обробка результатів вимірювань

1. Обчислити довжину хвилі червоного світла в спектрі 1-го порядку справа і зліва від щілини в екрані; знайти середнє значення результатів вимірювання.

2. Зробити те саме для фіолетового світла.

3. Порівняти добуті результати з довжинами хвиль червоного і фіолетового кольорів на кольоровій вклейці V, l.

Контрольне запитання

Чим відрізняється дифракційний спектр від дисперсійного?

Спостереження інтерференції і дифракції світла

Обладнання: пластинки скляні — 2 шт., шматки капро-нові або батистові, засвічена фотоплівка з прорізом, зробленим лезом бритви, лампочка з прямою ниткою розжарення (одна на весь клас).

Постановка експерименту

Спостереження інтерференції

1. Скляні пластинки добре протерти, скласти разом і стиснути пальцями.

2. Розглядати пластинки у відбитому світлі на темному фоні (розміщувати їх треба так, щоб на поверхні скла утворювались не дуже яскраві відблиски од вікон чи од білих стін).

3. В окремих місцях стикання пластинок спостерігати яскраві райдужні кільцеподібні або неправильної форми смуги.

4. Простежити, як змінюються форма і розміщення добутих інтерференційних смуг із зміною натиску на пластинки.

5. Спробувати побачити картину інтерференції в прохідному світлі.

Спостереження дифракції

1. Установити між губками штангенциркуля щілину зав-ширшки 0,5 мм.

2. Приставити щілину близько до ока, розмістивши її верти-кально.

3. Дивлячись крізь щілину на вертикально розміщену розжа-рену нитку лампи, розглянути по обидва боки- від нитки райдужні смуги (дифракційні спектри).

4. Змінюючи ширину щілини від 0,5 до 0,8 мм, простежити, як це впливає на дифракційні спектри.

5. Спостерігати дифракційні спектри у прохідному світлі за допомогою шматків капрону або батисту, засвіченої фото-плівки з прорізом.

6. Спостерігати дифракційний спектр у відбитому світлі за допомогою грампластинки, розмістивши її горизонтально на рівні очей.

Спостереження суцільного і лінійчастого спектрів

Обладнання: проекційний апарат, спектральні трубки з воднем, неоном чи гелієм, високовольтний індуктор, джерело живлення, штатив, з'єднувальні проводи (ці прилади спільні для всього класу), скляна пластина із скошеними гранями (вида-ється кожному).

Постановка експерименту

1. Розмістити пластину горизонтально перед оком. Крізь гра-ні, що утворюють кут 45°, спостерігати світлу вертикальну смужку на екрані — зображення розсувної щілини проекційного апарата.

2. Виділити основні кольори добутого суцільного спектра і записати їх у спостережуваній послідовності.

3. Повторити дослід, розглядаючи смужку через грані, що утворюють кут 60°. Записати відмінності спектрів.

4. Спостерігати лінійчасті спектри водню, гелію або неону, розглядаючи світлі спектральні трубки крізь грані скляної пласти-ни. Записати найбільш яскраві лінії спектрів.

Вивчення треків заряджених частинок

Під час роботи треба зробити ідентифікацію' зарядженої частинки за наслідками порівняння її треку з треком протона в камері Вільсона, вміщеної у магнітне поле.

Обладнання, необхідні вимірювання, засоби вимірювання Для роботи використовують готові фотографії треків двох заряджених частинок (мал. 196). Трек І належить протону, трек ІІ —частинці, яку потрібно ідентифікувати. Лінії індукції магнітного поля перпендикулярні до площини фотографії. Початкові швидкості обох частинок однакові і перпендикулярні до краю фотографії.

Ідентифікують невідому частинку, порівнюючи її питомий заряд q/m з питомим зарядом протона. Це можна зробити, зимірявши і порівнявши радіуси треків частинок на початкових ді-лянках треків. Справді, для зарядженої частинки, яка рухається перпендикулярно до вектора індукції магнітного поля, можна запи-сати:

або

З цієї формули видно, що відношення питомих зарядів частинок дорівнює оберненому відношенню радіусів їх траєкторій.

Радіус кривизни трека частинки визначають так. На фотогра-фію накладають аркуш прозорого паперу і переводять на нього трек (це треба робити обережно, щоб не пошкодити фотографію). Як показано на малюнку 197, креслять дві хорди і в їх серединах ставлять перпендикуляри. На перетині перпендикулярів лежить центр кола; його радіус вимірюють лінійкою.

Підготовка до проведення роботи

1. Підготувати бланк звіту з таблицею для записування результатів вимірювань і обчислень.

2. Перенести з фотографії на кальку треки частинок.

Постановка експерименту, обробка результатів вимірювань

1. Виміряти радіуси кривизни треків частинок, перенесених на папір