Г о с у

Государственное бюджетное общеобразовательное учреждение
средняя общеобразовательная школа № 230
с углубленным изучением химии и биологии
Фрунзенского района Санкт-Петербурга.. 192238. г. Санкт-Петербург. ул .Пражская д.25.
телефон-факс 269-89-02. 268-84-66, 268-01-66
e-mail: school230@gmail.com
сайт школы: school230.ru
Методическая разработка лабораторной работы по
физике
«Определение периода дифракционной решетки»
11 класс
Учитель физики:
Романова Елена Борисовна
Санкт-Петербург
2013
Введение: лабораторная работа проводиться после изучения темы «Дифракция света.
Дифракционная решетка»
Лабораторная работа позволяет закрепить полученные знания.
Теоретические основы:
Дифракционная решётка это оптический прибор, представляющий собой совокупность
большого числа параллельных, равноотстоящих друг от друга штрихов одинаковой
формы, нанесённых на плоскую или вогнутую оптическую поверхность. Таким образом,
дифракционные решетки представляет собой периодическую структуру: штрихи с
определённым и постоянным для данной решётки профилем повторяются через строго
одинаковый промежуток d, называемый периодом дифракционной решетки.
В
дифракционной решетке происходит дифракция света. Основное свойство дифракционной
решетки. — способность разлагать падающий на неё пучок света по длинам волн, т. е. в
спектр, что используется в спектральных приборах. Если штрихи нанесены на плоскую
поверхность, то дифракционные решетки называются плоскими, если на вогнутую
(обычно сферическую) поверхность — вогнутыми. Различают отражательные и
прозрачные дифракционные решетки. У отражательных штрихи наносятся на зеркальную
(обычно металлическую) поверхность и наблюдение ведётся в отражённом свете. У
прозрачных штрихи наносятся на поверхность прозрачной (обычно стеклянной)
пластинки (или вырезаются в виде узких щелей в непрозрачном экране) и наблюдение
ведётся в проходящем свете. Наиболее наглядно описание действия дифракционной
решетки в случае прозрачной решетки. При падении монохроматического параллельного
пучка света с длиной волны λ под углом φ на дифракционную решетку, состоящую из
щелей
ширины
b,
разделённых
непрозрачными
промежутками,
происходит
интерференция волн, исходящих от разных щелей. В результате после фокусировки
положения максимумов на экране определяются уравнением: d sin φ = k λ, где φ — угол
между нормалью к решётке и направлением распространения пучка (угол дифракции);
целое число k = 0, 1, 2, 3…. Монохроматические пучки, относящиеся к различным
значениям k, называются порядками спектра, а даваемые ими изображения входной щели
— спектральными
линиями. Все порядки, соответствующие
положительным и
отрицательным значениям k, лежат симметрично относительно нулевого. По мере
возрастания числа щелей дифракционной решетки спектральные линии становятся более
узкими и резкими. Дифракционные решетки, применяемые для работы в различных
областях спектра, отличаются частотой и профилем штрихов, размерами, формой,
материалом поверхности и др.
Для ультрафиолетовой и видимой областей наиболее
типичны дифракционные решетки, имеющие от 300 до 1200 штрихов на 1 мм. Штрихи
этих дифракционных решеток выполняют в слое алюминия, предварительно нанесённом
на стеклянную поверхность испарением в вакууме.
Цель работы: определить период дифракционной решетки.
Задачи работы: ознакомить учащихся методом определения периода дифракционной
решетки используя уравнение d sin φ = k λ.
Оборудование:L-micro (набор лабораторный «Оптика, расширенный»)
Технологии: работа в группах, исследовательская технология.
Правила техники безопасности: При работе с лазерным источником света запрещается
смотреть навстречу лазерному лучу!
Ход лабораторной работы:
1. Из набора по оптике достать: лазерную указку со встроенным светодиодом,
держатель для лазерной указки, стойку для закрепления источника света с
впрессованными
магнитами,
экран,
стойка
для
крепления
экрана,
дифракционная решетка, стойка для размещения дифракционной решетки на
оптической скамье, магнитную линейку.
2. На
оптической
скамье
расположить
последовательно:
держатель
для
магнитного экрана, на который закрепить экран, держатель для решетки с
закрепленной на ней дифракционной решеткой и держатель для лазерной
указки с закрепленным на нем лазером.
3. На экран, параллельно плоскости стола, установить магнитную линейку с нулем
посередине.
4. Включить лазер, направив красный луч на дифракционную решетку. Вращая
дифракционную решетку добиться расположения дифракционных максимумов
на линейке.
5. Измерить расстояние от нулевого до первого максимума на экране слева и
справа, найти их среднее арифметическое b.
Рис 1
6. Измерить расстояние a до экрана.
7. Рассчитать tg φ.
8. Используя
инженерный
калькулятор,
таблицы
Брадиса
или
формулу
приведения из алгебры рассчитать sin φ.
9. Принять длину световой волны для красного лазера 660 нм.
10. Из уравнения d sin φ = k λ выразить период решетки, рассчитать его и записать
результат в количестве штрихов на мм.
11. Изменить расстояние от решетки до экрана или, приложив к экрану лист белой
бумаги, измерить расстояния до второго дифракционного максимума.
Таблица записи результатов измерений:
№
А, мм
bср, мм
k
tg φ
sin φ
d, м
опыта
d,
штр/мм
1
2
3
12. Определить среднее значение периода дифракционной решетки.
13. Ответить на контрольные вопросы:
1. Дать определение, что является когерентным источником света.
2. При каких условиях наблюдается дифракция света?
3. Прозрачная дифракционная решетка, из чего она состоит?
4. Какая дифракционная решетка лучше, в которой 100 или 600 штрихов на 1мм?
5. Для чего используется дифракционная решетка?
6. Какие дифракционные решетки используют для астрофизических наблюдений?
7. Почему имеет радужную окраску лазерный диск?
8. Чем отличается дифракционный спектр от дисперсионного (призматического спектра)?
9. Зависит ли положение главных максимумов дифракционного спектра от числа щелей
решетки?
10. Почему дифракционные спектры всех порядков начинаются с фиолетовой полосы, а
заканчиваются красной?
Список использованной литературы и сайтов:
1. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Физика. 11 кл.: Учебник для 11 класса
общеобразовательных учреждений.- М.: Просвещение, 2010.
2. http://dic.academic.ru