Практична робота №3. Визначення довжини світлової хвилі

 Визначення довжини світлової хвилі

Мета: Визначити довжину світлової хвилі по положенню головних максимумів в дифракційному спектрі першого порядку.

Обладнання та наочність: симуляція Phet
Source: https://fizmat.7mile.net/blanki-laboratornih-robit-11-kl.-iii-kurs/lpr-1-viznachennya-dovzhini-svitlovoji-khvili.html

ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

При проходженні хвиль через середовища з різкими неоднорідностями, спостерігається явище дифракції, яке полягає у відхиленні хвиль від прямолінійного напрямку поширення і не пов'язане з їх відбиванням або заломленням. Дифракція світла охоплює сукупність явищ, які спостерігаються, коли світло проходить через малі отвори або зустрічає перешкоди. Внаслідок дифракції світло потрапляє в область геометричної тіні. Для практичного спостереження дифракції необхідно, щоб розміри перешкод або отворів були одного порядку з довжиною хвилі.

Дифракцію, як явище, властиве хвильовим процесам, пояснює принцип Гюйгенса; згідно з ним кожна точка, до якої доходить хвиля, стає джерелом вторинних хвиль; їх обвідна утворює фронт хвилі в наступні моменти часу.

Рис. 1. ілюструє принцип Гюйгенса та пояснює появу світла в області геометричної тіні у випадку дифракції плоскої хвилі на малому отворі. Кожна точка виділеної отвором ділянки фронту хвилі стає центром вторинних хвиль, які в однорідному та ізотропному середовищі є сферичними. Побудувавши обвідну вторинних хвиль, переконуємося у тому, що поза отвором світло поширюється у напрямках, які не збігаються з попереднім, проникаючи в область геометричної тіні. Межі цієї області вказані штриховою лінією.

З точки зору практичного застосування найцікавішим є випадок дифракції світла на так званій дифракційній гратці, що є системою тонких паралельних щілин, розділених непрозорими проміжками однакової ширини. Найпростіша дифракційна гратка — це скляна пластинка, на яку тонким різцем наносяться паралельні подряпини — штрихи, непрозорі для світла. Непошкоджені ділянки скла між подряпинами залишаються прозорими, утворюючи систему паралеьних щілин. Чим більше загальне число штрихів N , тим контрастнішою і чіткішою буде картина, що спостерігається. Сучасні дифракційні ґратки мають до декількох тисяч штрихів на 1 мм.

Розглянемо дифракцію плоскої світлової хвилі при її нормальному падінні на дифракційну гратку D з трьох щілин. Якщо ширина непрозорої ділянки дорівнює а (рис. 2), ширина прозорої (ширина щілини) — b то, d = a+b називається періодом ( або постійною) гтатки.

Різниця ходу 5 між двома променями від .сусідніх, щілин, які внаслідок дифракції поширюються у напрямі, заданому кутом дифракції (р , дорівнює dsinφ. Зібрані лінзою L в одну точку на екрані

Е у фокальній площині лінзи, ці промені будуть інтерферувати — взаємно підсилюватися або гаситися.

Отже, довжина хвилі визначається за формулою:     .     

Якщо отриманий результат відрізняється від табличного, то обчисліть відносну похибку за формулою      %  ,   де:  lт = (0,38 мкм ÷ 0,45 мкм) - для фіолетових променів,    l_т = (0,62 мкм ÷ 0,76 мкм) – для червоних променів.