Wyznaczanie stałej siatki dyfrakcyjnej, DOC

Laboratorium

Fizyki

Numer ćw

O 5

Data ćw:

11-V-98

Grupa:

11M

Politechnika Świętokrzyska w Kielcach

Temat ćwiczenia:

Wyznaczanie stałej siatki dyfrakcyjnej, oraz długości fal lampy rtęciowej.

Wykonał:

Kiniorski Rafał

Ocena:

Data:

Podpis:

Wiadomości wstępne:

Siatką dyfrakcyjną nazywamy szereg szczelin umieszczonych w różnych od siebie odległościach na nieprzeźroczystym ekranie. W praktyce siatkę dyfrakcyjną otrzymuje się najczęściej przez porysowanie płytki szklanej za pomocą diamentu szeregiem równoległych kresek. Nieprzeźroczyste rysy spełniają rolę zasłon, a przestrzenie między nimi to szczeliny.

Światło padające na siatkę dyfrakcyjną doznaje ugięcia na każdej szczelinie. Zgodnie z zasadą Huygansa każda szczelina staje się źródłem drgań i wysyła promienie we wszystkich kierunkach , a więc nie tylko w kierunku promieni padających. Zjawisko to nazywa się dyfrakcją, czyli uginaniem prostoliniowego bieg promieni . promienie ugięte mogą nakładać się , czyli interferować ze sobą gdyż są promieniami spójnymi : znaczy to że różnice faz między nimi zależą tylko od różnic dróg geometrycznych , nie zależą zaś od czasu. Biorąc pod uwagę wiązki promieni ugiętych zauważyć można , że w pewnych kierunkach promienie te będą się wzmacniały, w innych zaś wygasały . promienie ugięte będą się wzmacniać, jeśli różnice dróg dwóch sąsiednich promieni będą równe całkowitej wielokrotności długości światła padającego.

Kierunek wzmocnienia promieni ugiętych na siatce dyfrakcyjnej ma postać:

gdzie:

d- odległość między szczelinami (stała siatki)

n- rząd widma (n=1,2,3,...)

- długość fali

- kąt ugięcia promieni

Przy każde wartości długości fali
, oraz przy każdym „n” , kąt wzmocnienia się promieni ugiętych jest inny, a więc kierunki wzmocnienia promieni różnych barw są różne . W wyniku tego obserwujemy następujące zjawisko: jeżeli poza siatką dyfrakcyjną , na którą pada wiązka promieni równoległych umieścimy soczewkę zbierającą , a w pewnej odległości ekran - to powstaną na nim oprócz smugi odpowiadającej promieniom nie ugiętym po jej obu stronach barwne widma . Maksima promieni ugiętych są szczególnie wyraźne , gdy wzmacniają się promienie wychodzące ze wszystkich szczelin.

0x08 graphic

Rys: ugięcie promieni na siatce dyfrakcyjnej.

Przebieg ćwiczenia:

Część pierwsza:

Pierwsza część ćwiczenia zakłada wyznaczenie stałej siatki dyfrakcyjnej za pomocą lasera He - Ne. Laser ten jest bardzo dobrym źródłem światła do badania interferencji i dyfrakcji ponieważ daje wiązkę światła spójną , równoległą i monochromatyczną o długości fali
=632,8nm. Aby określić stałą siatki aparaturę ustawiamy wg. schematu:

0x08 graphic

Ponieważ znamy wartości :
,n, x - odległość prążka od środka ekranu, oraz l - odległość siatki dyfrakcyjnej od ekranu możemy obliczyć stałą siatki dyfrakcyjnej z zależności :

Pomiary wykonujemy dla trzech odległości siatki od ekranu , oraz dla dwóch rzędów widm światła laserowego.

Część druga:

W drugiej części ćwiczenia należy dokonać pomiaru długości fal światła lampy rtęciowej . przyrządy należy ustawić wg schematu:

0x08 graphic

Aby obliczyć długość fali światła padającego na siatkę dyfrakcyjną korzystamy z zależności:

Aby móc wykonać te obliczenia musimy znać stałą siatki „d” , którą wyznaczamy w pierwszej części ćwiczenia . Pomiary wykonać dla trzech wybranych prążków dyfrakcyjnych dla dwóch rzędów widma. Pomiary powtarzamy dla dwóch odległości siatki dyfrakcyjnej od ekranu.