Порядок выполнения работы

Задача 1. Определение длин волн спектральных линий с использованием прозрачной дифракционной решетки.

  • 1. Прежде чем включить источник исследуемого излучения, рекомендуется произвести пробный отсчет по шкалам спсктрогониомстра.
  • 2. Включить ртутную лампу и установить ее напротив входной щели коллиматора. Дифракционная решетка при этом ставится перпендикулярно к направлению светового луча.
  • 3. Включить подсветку оптической шкалы гониометра.
  • 4. Поворачивать алидаду грубо от руки (винт 12 ослаблен) до тех пор, пока визирная линия зрительной трубы не будет наведена на нулевой, центральный максимум = 0). Пользуясь микрометрическим винтом 11 и винтами 7 и 8, получить четкое и узкое изображение коллиматорной щели. Поворачивая алидаду от руки (винт 12 ослаблен) влево и вправо от нулевого максимума, просмотреть весь спектр и найти нужные спектральные линии в спектре первого порядка. После этого приступить к измерениям.

Произвести измерения для линий спектра первого порядка т - 1.

5. Повернув алидаду влево (винт 12 разжат), найти крайнюю (от центра дифракционной картины) спектральную линию "ЖЕЛТАЯ-2" и совместить ее с визиром. Зажав стопорный винт 12, с помощью винта 13 произвести точное наведение визира (вертикальная линия, нанесенная в центре поля окуляра зрительной трубы) в середину наблюдаемой спектральной линии. После наведения визира на линию выполнить дополнительную фокусировку изображения (использовать винты 2 и 7 (рис. 2.1). По шкале окуляра микроскопа 13 делают отсчет углового положения cti спектральной линии (рис. 6.4).

Рис. 6.4

5.1. Не разжимая стопорный винт 12 (рис. 6.2), с помощью винта 11 добиваются совмещения визира с близкой спектральной линией "ЖЕЛТАЯ-1".

Если запас хода винта 11 недостаточен для настройки визира на линию, необходимо ослабить стопорный винт 12 и сместить алидаду руками. После наведения визира в середину спектральной линии произвести отсчет углового положения ось Подобные действия последовательно выполнить для определения положения ai (слева от центрального максимума) спектральных линий "ЗЕЛЕНАЯ" и "ФИОЛЕТОВАЯ".

5.2. Сместить алидаду в область углов правее от центра дифракционной картины. Последовательно измерять положения ci2 спектральных линий (рис.6.4) в порядке их появления в поле зрения зрительной трубы: "ФИОЛЕТОВАЯ", "ЗЕЛЕНАЯ", "ЖЕЛТАЯ - 1", "ЖЕЛТАЯ - 2".

Результаты измерений занести в табл.6.1.

Таблица 6.1

Спектральная

линия

Порядок максимума, т

Угловое положение линии

Угол

фрак

ции

2-«,|

2

Длина волны X, нм

слева от центр, макс.

а.

справа от центр, макс. а2

Фиолетовая (яркая) Зеленая Желтая 1 Желтая 2

Отключить подсветку оптической шкалы гониометра и источник питания ртутной лампы.

6. Определить значения длин волн X спектральных линий, используя

формулу

Постоянная решетки d указана в прилагаемой к установке таблице.

7. Оценить погрешность измерений длин волн по формуле

8. Сформулировать выводы.

Задача 2. Определение длин волн спектральной линии с использованием отражательной дифракционной решетки.

Определение длины волны производится для двух близко расположенных желтых линий ртути или для других линий по указанию преподавателя.

  • 1. Прежде всего, до включения источника света, следует ознакомиться с методикой проведения отсчетов через окуляр 13 микроскопа (рис. 6.2).
  • 2. Затем осторожно снять столик с решеткой, после чего включить ртутную лампу и установить ее напротив входной щели коллиматора. Зрительную

трубу вместе с алидадой вначале грубо (винт 12 ослаблен), а затем с помощью винта 11 точно (винт 12 зажат) повернуть навстречу пучку света так, чтобы визир зрительной трубы был наведен на изображение коллиматорной щели. Изображение щели получить четким и узким, пользуясь микрометрическим винтом 2 и винтами 7 и 8. В этом положении снять отсчет /оо- Этот отсчет соответствует направлению пучка, выходящего из коллиматора (см. рис. 6.5).

  • 3. Подставив т = 0 в формулу d(sinф0 -sin(p) = mA,, нетрудно убедиться, что угол падения света на решетку равен углу, под которым наблюдается главный максимум нулевого порядка. В этом положении следует закрепить столик с решеткой, добиться с помощью винта 11 при зажатом винте 12 точного совмещения визирной линии с максимумом нулевого порядка и сделать отсчет /о- Полученные данные занести в табл. 6.2.
  • 4. Как видно из рис. 6.5, зная /оо и /о, можно определить угол падения света на дифракционную решетку (фо) следующим образом:

Рис. 6.5

  • 5. Поворачивая зрительную трубу, просмотреть расположение линий разного цвета и число видимых порядков спектра.
  • 6. После этого, совместив вначале грубо, а затем точно визир последовательно с серединами нужных спектральных линий, произвести отсчеты (/т), соответствующие направлению на дифракционные максимумы /л-го порядка (первого, второго и т.д.). Следует учитывать, что при наблюдении спектральных линий в спектрах разных порядков требуется дополнительная фокусировка маховиками 7 и 8.

Таблица 6.2

*00

*0

паО *0 *00 .

Фо — 90 ^ »Фо

Спектральная линия (цвет)

к

ц

Ф*”Фо (** *о)

X

А.ср, м (для одной спектральной линии)

1 желтая

+1

-1

+2

-2

2 желтая

+1

-1

+2

-2

7. Определив рассчитать углы дифракции (

8. При заполнении табл. 6.3 учитывают, что отрицательные значения т соответствуют максимумам, расположенным справа от нулевого, а положительные - слева. Значение длины волны определяется в соответствии с расчетной формулой, полученной из формулы (5.7),

Постоянная решетки d указана в прилагаемой к установке таблице.

Задача 3. Определение характеристик дифракционных решеток

1. Определить значение наивысшего порядка спектра ттах (использовать

для расчета по формуле (6.1) длину волны У^Ж2 спектральной линии "ЖЕЛТАЯ-2").

  • 2. Определить разрешающую способность R для спектра первого порядка, используя формулу (6.2). Число рабочих щелей N задается в прилагаемой к установке таблице.
  • 3. Оценить, какую наименьшую разность АХ может разрешить данная дифракционная решетка в выбранной области спектра, т.е. вблизи выбранного значения X по формуле (6.5)

4. Найти угловую дисперсию D (формула (6.7)) для углов дифракции, соответствующих линиям А,ф, А,3,А,Ж (любой из двух). Значение D принято измерять в “/нм - угловых секундах на нанометр. Полученные расчетные данные занести в табл. 6.3.

Таблица 6.3

Тип

решетки

Период d решетки, нм

Наивысший порядок т спектров

Разрешающая сила/?

Линейное разрешение 8^,нм

Угловая дисперсия D для линий ртути, “/ нм

Прозрачная

решетка

Отражательная

решетка

5. Сформулировать выводы.

Контрольные вопросы

  • 1. В чем состоит явление дифракции света?
  • 2. Сформулируйте принцип Гюйгенса-Френеля.
  • 3. Дифракционная решетка, ее свойства.
  • 4. Назвать разновидности дифракционных решеток, описать их конструктивные особенности.
  • 5. Какой вид имеет дифракционная картина, полученная от прозрачной решетки?
  • 6. Что такое разрешающая способность дифракционной решетки и от чего она зависит?
  • 7. Как экспериментально определить угловую дисперсию D дифракционной решетки?
  • 8. В чем преимущества отражательной дифракционной решетки перед прозрачной?
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >