wyższa szkoła inżynierii dentystycznej
advertisement
Wyższa Szkoła Inżynierii Dentystycznej im. prof. A. Meissnera w Ustroniu LABORATORIUM FIZYCZNE ĆWICZENIE nr 9 Wyznaczanie długości fali świetlnej metodą siatki dyfrakcyjnej WPROWADZENIE Światło ma naturę korpuskularno-falową. Z falowej natury światła wynikają zjawiska polaryzacji, interferencji oraz dyfrakcji. Badając zjawisko dyfrakcji światła na tzw. siatce dyfrakcyjnej można wyznaczyć długość fali świetlnej. Siatkę dyfrakcyjną stanowi szereg szczelin umieszczonych w równych od siebie odległościach w nieprzezroczystym ekranie. W praktyce siatkę dyfrakcyjną otrzymuje się najczęściej przez porysowanie płaskorównoległej płytki szklanej za pomocą diamentu szeregiem równoległych kresek. Przestrzenie między rysami to tzw. szczeliny. Jeśli na siatkę dyfrakcyjną prostopadle do jej powierzchni pada wiązka promieni równoległych to, zgodnie z zasadą Huygensa, każda szczelina staje się źródłem nowej fali kulistej. Zjawisko to nazywamy dyfrakcją, czyli uginaniem prostoliniowego biegu promieni. Promienie ugięte mogą nakładać się czyli interferować ze sobą, gdyż są promieniami spójnymi, czyli różnice faz między nimi zależą tylko od różnic dróg geometrycznych, a nie zależą od czasu. Biorąc pod uwagę wiązki promieni ugiętych obserwuje się ich wzmocnienie w pewnych kierunkach, a w innych ich wygaszenie (częściowe lub całkowite). Promienie ugięte doznają wzmocnienia, jeżeli różnica ich dróg optycznych jest równa całkowitej wielokrotności długości fali światła padającego. Warunek wzmocnienia promieni ugiętych na siatce dyfrakcyjnej ma zatem postać: d * sin m We wzorze tym d oznacza odległość miedzy sąsiednimi szczelinami czyli tzw. stałą siatki dyfrakcyjnej, natomiast m to rząd widma (n = 1,2,3,...) Dla każdej wartości długości fali kąt wzmacniania się promieni ugiętych jest inny, tak więc mierząc kąt ugięcia przy pomocy spektrometru możemy wyznaczyć długość fali świetlnej. Długość fali świetlnej d * sin m m (1.1) gdzie, d – stała siatki αm – kąt ugięcia (położenie kątowe widma) m – rząd widma ZAGADNIENIA DO KOLOKWIUM WSTĘPNEGO Interferencja oraz dyfrakcja światła Siatka dyfrakcyjna, równanie siatki dyfrakcyjnej Światło spójne i niespójne, widma liniowe i ciągłe APARATURA Spektrometr z goniometrem, lampy spektralne, siatka dyfrakcyjna WYKONANIE ĆWICZENIA 1. Sprawdzić justowanie spektrometru (wyłącznie w obecności prowadzącego) 2. Włączyć lampę spektralną rtęciową. Przy pomocy lunety zaobserwować ostry obraz szczeliny. 3. Zmierzyć dokładnie położenie zerowe lunety. (Mając obraz szczeliny w polu widzenia lunety dokręcić śrubę blokującą. Następnie śrubą tzw. leniwką przesunąć krzyż na środek obrazu szczeliny. Odczytać na skali noniusza położenie zerowe α0; po skończonym pomiarze zluzować śrubę blokującą) 4. Sprawdzić ustawienie siatki dyfrakcyjnej (Siatka powinna być ustawiona prostopadle do wiązki światła z kolimatora) 5. Przesunąć lunetę w prawo do pojawienia się barwnych prążków pierwszego rzędu (oraz widma wyższych rzędów). Następnie przesunąć lunetę w lewo i również zaobserwować widmo pierwszego rzędu. (oraz widma wyższych rzędów) 6. Wyznaczyć wartości kątów ugięcia αp (prawa strona) oraz αl (lewa strona) dla każdego prążka widm pierwszego i drugiego rzędu. (Dokładne wartości kątów ugięcia uzyskać poprzez ustawienia krzyża na wybranym prążku i odczytanie wartości na skali noniusza) 7. Po zakończeniu pomiarów dokładnie uporządkować stanowisko pracy OPRACOWANIE WYNIKÓW 1. Dla każdego z badanych prążków widma pierwszego i drugiego rzędu wyznaczyć średni kąt ugięcia α jako α= ½(αp+ αl) 2. Korzystając ze wzoru 1.1 obliczyć długość fal świetlnych λ dla lampy rtęciowej 3. Porównać otrzymane wartości z danymi tablicowymi UWAGA: Sprawozdanie z ćwiczenia powinno zawierać: stronę tytułową cześć teoretyczną (około 1 strona A4) wyniki pomiarów podpisane przez prowadzącego obliczenia, wykresy dyskusje dokładności pomiarów porównanie otrzymanych wyników z danymi tablicowymi literatura LITERATURA Henryk Szydłowski: PRACOWNIA FIZYCZNA, PWN Tadeusz Dryński: ĆWICZENIA LABORATORYJNE Z FIZYKI, PWN
