Lucrare de laborator nr 43
Secțiunea 5.Optica
Subiectul 5.2.Proprietățile undei ale luminii
Titlul laboratorului: Determinarea lungimii de undă a luminii utilizând o rețea de difracție
Obiectiv de invatare: obțineți un spectru de difracție, determinați lungimile de undă ale luminii culoare diferita
Obiective de invatare: observați modelul de interferență, obțineți spectre de ordinul întâi și al doilea, determinați limitele vizibile ale spectrului de lumină violetă și roșie și calculați lungimile de undă ale acestora.
Norme de siguranță: reguli de desfășurare în birou în timpul execuției lectie practica
Timp standard: 2 ore
Rezultate educaționale declarate în Standardul Educațional Federal de Stat al a treia generație:
Studentul trebuie
a fi capabil să: măsurați lungimea de undă a luminii, trageți concluzii pe baza datelor experimentale
stiu: structura rețelei de difracție, perioada rețelei, condițiile de formare a maximelor
Disponibilitatea ocupatiei
Instrucțiuni pentru finalizarea unei lecții de laborator
Caiet de laborator, creion, riglă, dispozitiv pentru determinarea lungimii de undă a luminii, suport pentru dispozitiv, grătar de difracție, sursă de lumină.
Procedura de desfășurare a lecției: munca individuala
Context teoretic
Un fascicul de lumină paralel, care trece printr-un rețele de difracție, din cauza difracției din spatele rețelei, se răspândește peste tot directii posibileși interferează. Un model de interferență poate fi observat pe un ecran plasat pe calea luminii interferente. Maximele de lumină sunt observate în puncte de pe ecran. Pentru care este îndeplinită condiția: = n (1)
- diferenţa de cale a undei; - lungimea de undă a luminii, n – numărul maxim. Maximul central se numește zero: pentru el = 0. În stânga și în dreapta lui sunt maxime de ordine superioară.
Condiția pentru apariția unui maxim (1) poate fi scrisă diferit: n = dPăcat
Poza 1
Aici d este perioada rețelei de difracție, este unghiul la care
lumina maximă (unghiul de difracţie). Deoarece unghiurile de difracție sunt mici, atunci pentru ele putem lua Sin = tan și tan = a/b Figura 1, deci n = dA/b (2)
Această formulă este folosită pentru a determina lungimea de undă a luminii.
În urma măsurătorilor, s-a constatat că pentru lumina roșie λcr = 8 10-7 m, iar pentru lumina violetă - λph = 4 10-7 m.
Nu există culori în natură, sunt doar valuri lungimi diferite valuri
Analiza formulei (1) arată că poziția maximelor luminii depinde de lungimea de undă a luminii monocromatice: cu cât lungimea de undă este mai mare. Cu cât maximul este mai departe de zero.
Lumina albă este complexă în compoziție. Maximul zero pentru acesta este o dungă albă, iar maximele comenzilor superioare sunt un set de colorate
benzi, a căror totalitate se numește spectru și Figura 2
Figura 2
Dispozitivul constă dintr-o bară cu o scară 1, o tijă 2, un șurub 3 (puteți regla bara pentru a se potrivi unghiuri diferite). De-a lungul barei din canelurile laterale, puteți deplasa glisorul 4 cu ecranul 5. Un cadru 6 este atașat la capătul barei, în care este inserat un grătar de difracție, Figura 3
Figura 4
Figura 3 rețeaua de difracție
Rețeaua de difracție descompune lumina într-un spectru și vă permite să determinați cu exactitate lungimile de undă ale luminii
Figura 5
Comandă de lucru
Asamblați instalația, Figura 6
Instalați o sursă de lumină și porniți-o.
Privind prin rețeaua de difracție, îndreptați dispozitivul spre lampă, astfel încât filamentul lămpii să fie vizibil prin fereastra ecranului dispozitivului
Este posibil să instalați ecranul distanta mai mare dintr-un rețele de difracție.
Măsurați distanța b de la ecranul instrumentului la rețeaua de difracție utilizând scara bară.
Determinați distanța de la diviziunea zero (0) a scării ecranului până la mijlocul benzii violete atât în stânga „a l” cât și în dreapta „a p” pentru spectre de ordinul , Figura 4 și calculați valoarea medie, a sr
Repetați experimentul cu un spectru de ordinul .
Efectuați aceleași măsurători pentru benzile roșii ale spectrului de difracție.
Folosind formula (2), calculați lungimea de undă a luminii violete pentru spectre de ordine și , lungimea de undă a luminii roșii de ordine și .
Introduceți rezultatele măsurătorilor și calculelor în tabelul 1
Trage o concluzie
Tabelul nr. 1
| Perioada de difracție grătare d mm | Ordinea spectrului | Distanta de la difracţie bare pentru ecran | Limitele spectrului violet | Limitele spectrului roșu | Lungime ușoară |
||||||||
| roșu Radiația | Violet Radiația |
||||||||||||
Întrebări pentru consolidarea materialului teoretic pentru lecția de laborator
De ce maximul zero al spectrului de difracție al luminii albe este o dungă albă, iar maximul de ordine superioară un set de dungi colorate?
De ce maximele sunt situate atât la stânga, cât și la dreapta maximului zero?
În ce puncte de pe ecran se obțin maximele , , ?
Care este aspectul modelului de interferență în cazul luminii monocromatice?
În ce puncte de pe ecran este lumina minimă?
Care este diferența în calea radiației luminoase ( = 0,49 µm), dând al 2-lea maxim în spectrul de difracție? Determinați frecvența acestei radiații
Rețeaua de difracție și parametrii acestuia.
Definiții de interferență și difracție a luminii.
Condiții pentru lumină maximă dintr-un rețeau de difracție.
La finalul lucrărilor practice, studentul trebuie să prezinte:- Lucrări de laborator efectuate în conformitate cu cerințele de mai sus.
Bibliografie:
V. F. Dmitrieva Fizică pentru profesii și specialități tehnice M.: Editura Academia - 2016
R. A. Dondukova Ghid de desfășurare a lucrărilor de laborator în fizică pentru învățământul secundar profesional M.: Liceu, 2000
Lucrări de laborator în fizică cu întrebări și sarcini
O. M. Tarasov M.: FORUM-INFA-M, 2015
Rețeaua de difracție
Scopul lucrării
Folosind o rețea de difracție, obțineți un spectru și studiați-l. Determinați lungimea de undă a razelor violete, verzi și roșii
Partea teoretică muncă
Un fascicul paralel de lumină care trece printr-un rețele de difracție, datorită difracției din spatele rețelei, se propagă în toate direcțiile posibile și interferează. Un model de interferență poate fi observat pe un ecran plasat pe calea luminii interferente. În punctul O al unui ecran plasat în spatele grătarului, diferența de cale a razelor de orice culoare va fi egală cu zero, aici va exista un maxim zero central - o dungă albă. Într-un punct de pe ecran pentru care diferența de cale a razelor violete va fi egală cu lungimea de undă a acestor raze, razele vor avea aceleași faze; aici va exista un maxim - o dungă violetă - F. În punctul de pe ecran pentru care diferența de cale a razelor roșii va fi egală cu lungimea lor de undă, va exista un maxim pentru razele de lumină roșie - K. Între punctele F și K vor fi situate maximele tuturor celorlalte componente albîn ordinea creșterii lungimii de undă. Se formează un spectru de difracție. Imediat după primul spectru există un spectru de ordinul doi. Lungimea de undă poate fi determinată prin formula:
Unde λ este lungimea de undă, m
φ este unghiul la care se observă maximul pentru o lungime de undă dată,
d – perioada rețelei de difracție d= 10 -5 m,
k – ordinea spectrului.
Deoarece unghiurile la care sunt observate maximele de ordinul întâi și al doilea nu depășesc 5 0, tangentele lor pot fi folosite în locul sinusurilor unghiurilor:
unde a este distanța de la centrul ferestrei la mijlocul razelor spectrului, m;
ℓ - distanța de la rețeaua de difracție la ecran, m
Apoi lungimea de undă poate fi determinată cu formula:
Echipamente
Dispozitiv pentru determinarea lungimii de undă a luminii, rețea de difracție, lampă incandescentă.
Progres
1. Instalați ecranul la o distanță de 40-50 cm de grilă (ℓ).
2. Privind prin grilaj și fanta ecranului la sursa de lumină, asigurați-vă că spectrele de difracție sunt clar vizibile pe ambele părți ale fantei.
3. Folosind scara de pe ecran, determinați distanța de la centrul ferestrei la mijlocul razelor violete, verzi și roșii (a), calculați lungimea de undă a luminii folosind formula: ,
4. Schimbând distanța de la rețea la ecran (ℓ), repetați experimentul pentru spectrul de ordinul doi pentru raze de aceeași culoare.
5. Găsiți lungimea medie de undă pentru fiecare dintre razele monocromatice și comparați cu datele tabulate.
Tabel de valori ale lungimii de undă pentru unele culori ale spectrului
Tabel Rezultatele măsurătorilor și calculelor
Calcule
1. Pentru spectrul de ordinul întâi: k=1, d=, ℓ 1 =
a f1 = , a z1 = și kr1 =
Lungime de undă pentru spectrul de ordinul întâi:
- Violet: , λ f1 =
- culoare verde: , λ з1 =
- Roșu: 
, λcr1 =
2. Pentru spectrul de ordinul doi: k=2, d=, ℓ 2 =
a f2 = , a z2 = , a kr2 =
Lungime de undă pentru spectrul de ordinul doi:
- culoare violet: 
, λ f2 =
- culoare verde: , λ з2 =
- Roșu: 
, λcr2 =
3. Lungimi de undă medii:
- culoare violet: 
, λ fsr =
- culoare verde: , λ zsr =
- Roșu: 
, λ крр =
Concluzie
Înregistrați răspunsurile la întrebări propozitii incomplete
1. Ce este difracția luminii?
2. Ce este o rețea de difracție?
3. Cum se numește perioada latice?
4. Notați formula perioadei de rețea și comentați-o
Lucrare de laborator nr 6.
Măsurarea undelor luminoase.
Echipament: rețea de difracție cu o perioadă de 1/100 mm sau 1/50 mm.
Schema de instalare:
Titularul.
Ecran negru.
Decalaj vertical îngust.
Scopul lucrării: determinarea experimentală a unei unde luminoase cu ajutorul unui rețele de difracție.
Partea teoretica:
Un rețele de difracție este o colecție un numar mare fante foarte înguste separate prin spații opace.
Sursă
Lungimea de undă este determinată de formula:
Unde d este perioada de rețea
k – ordinea spectrului
Unghiul la care se observă lumina maximă
Ecuația rețelei de difracție:
Deoarece unghiurile la care se observă maximele de ordinul 1 și 2 nu depășesc 5, tangentele lor pot fi folosite în locul sinusurilor unghiurilor.
Prin urmare,
Distanţă A numărați folosind o riglă de la grilaj la ecran, distanța b– de-a lungul scării ecranului de la fantă până la linia de spectru selectată.
Formula finală pentru determinarea lungimii de undă este
În această lucrare, eroarea de măsurare a lungimii de undă nu este estimată din cauza unei anumite incertitudini în alegerea părții de mijloc a spectrului.
Progresul aproximativ al lucrărilor:
b=8 cm, a=1 m; k=1; d=10 -5 m
(Culoare rosie)
d – perioada de zăbrele
Concluzie: După ce am măsurat experimental lungimile de undă ale luminii roșii folosind o rețea de difracție, am ajuns la concluzia că ne permite să măsurăm foarte precis lungimile de undă ale luminii.
Lucrare de laborator nr 5
Lucrare de laborator nr 5
Definiție putere opticăȘi distanta focala lentilă convergentă.
Echipament: riglă, două triunghi dreptunghic, lentilă convergentă cu focalizare lungă, bec pe un suport cu capac, sursă de alimentare, întrerupător, fire de conectare, ecran, șină de ghidare.
Partea teoretica:
Cel mai simplu mod de a măsura puterea optică și distanța focală a unui obiectiv se bazează pe formula obiectivului
d – distanta de la obiect la lentila
f – distanta de la obiectiv la imagine
F – distanta focala
Puterea optică a unui obiectiv este cantitatea
Obiectul folosit este o literă care strălucește cu lumină difuză în capacul iluminatorului. Imaginea reală a acestei litere este obținută pe ecran.
Imagine reală inversată mărită:
Imagine directă imaginară mărită:
Progresul aproximativ al lucrărilor:
F = 8 cm = 0,08 m
F = 7 cm = 0,07 m
F = 9 cm = 0,09 m
Lucrare de laborator nr 4
Lucrare de laborator nr 4
Măsurarea indicelui de refracție din sticlă
elevă în clasa a XI-a „B” Alekseeva Maria.
Scopul lucrării: măsurarea indicelui de refracție al unei plăci de sticlă în formă de trapez.
Partea teoretică: indicele de refracție al sticlei în raport cu aerul este determinat de formula:
Tabel de calcul:
Calcule:
n pr1= A.E.1 / DC1 =34mm/22mm=1,5
n pr2= A.E.2 / DC2 =22mm/14mm=1,55
Concluzie: După ce s-a determinat indicele de refracție al sticlei, se poate dovedi că această valoare nu depinde de unghiul de incidență.
Lucrări de laborator în fizică Nr. 3
Lucrări de laborator în fizică Nr. 3
Elevii clasei a XI-a „B”
Alekseeva Maria
Definiţia acceleration cădere liberă folosind un pendul.
Echipament:
Partea teoretica:
Pentru a măsura accelerația gravitației, se folosesc o varietate de gravimetre, în special dispozitive cu pendul. Cu ajutorul lor, se poate măsura accelerația gravitației cu o eroare absolută de ordinul a 10 -5 m/s 2 .
Lucrarea folosește cel mai simplu dispozitiv cu pendul - o minge pe o sfoară. Pentru dimensiuni mici ale bilei în comparație cu lungimea firului și abateri mici de la poziția de echilibru, perioada de oscilație este egală cu
Pentru a crește acuratețea măsurării perioadei, este necesar să se măsoare timpul t al unui număr rezidual mare N de oscilații complete ale pendulului. Apoi punct
Iar accelerația datorată gravitației poate fi calculată folosind formula
Realizarea experimentului:
Așezați un trepied pe marginea mesei.
La capătul său superior, atașați un inel cu un cuplaj și atârnă o minge de el pe un fir. Mingea trebuie să atârne la o distanță de 1-2 cm de podea.
Măsurați lungimea l a pendulului cu o bandă.
Excitați pendulul să oscileze, deviând mingea în lateral cu 5-8 cm și eliberând-o.
Măsurați timpul t 50 de oscilații ale pendulului în mai multe experimente și calculați t cf:
Calculați media eroare absolutăînregistrați măsurătorile de timp și rezultatele într-un tabel.
Calculați accelerația căderii libere folosind formula
Determinați eroarea relativă a măsurării timpului.
Determinați eroarea relativă la măsurarea lungimii pendulului
Calculați eroarea relativă de măsurare g folosind formula
Concluzie: Se dovedește că accelerația căderii libere, măsurată cu ajutorul unui pendul, este aproximativ egală cu accelerația tabelată a căderii libere (g = 9,81 m/s 2) cu o lungime a firului de 1 metru.
Alekseeva Maria, elevă în clasa a 11-a „B” gimnaziul nr 201, Moscova
Profesor de fizică la gimnaziul nr. 201 Lvovsky M.B.
Lucrări de laborator în fizică nr. 7
Elevii clasei a XI-a „B” Maria Sadykova
Observarea spectrelor continue și liniare.
DESPRE 
echipament: aparat de proiecție, tuburi spectrale cu hidrogen, neon sau heliu, inductor de înaltă tensiune, sursă de alimentare, trepied, fire de legătură, placă de sticlă cu margini teșite.
Scopul lucrării: prin utilizarea echipamentul necesar observați (experimental) un spectru continuu, neon, heliu sau hidrogen.
Progres:
Așezați placa orizontal în fața ochiului. Prin margini observam pe ecran imaginea fantei de alunecare a aparatului de proiectie. Vedem culorile primare ale spectrului continuu rezultat în următoarea ordine: violet, albastru, cyan, verde, galben, portocaliu, roșu.
Acest spectru este continuu. Aceasta înseamnă că spectrul conține unde de toate lungimile de undă. Astfel, am constatat că spectrele continue sunt date de corpuri situate în solid sau stare lichida, precum și gaze puternic comprimate.
Vedem multe linii colorate separate de dungi largi întunecate. Prezența unui spectru de linie înseamnă că o substanță emite lumină doar la o lungime de undă foarte specifică.
Spectrul de hidrogen: violet, albastru, verde, portocaliu.
Linia portocalie a spectrului este cea mai strălucitoare.
Spectru heliu: albastru, verde, galben, roșu.
Cea mai strălucitoare linie este linia galbenă.
Pe baza experienței noastre, putem concluziona că spectrele de linii arată toate substanțele în stare gazoasă. În acest caz, lumina este emisă de atomi care practic nu interacționează între ei. Atomii izolați emit lungimi de undă strict definite.
Stat federal instituție educațională
superior învăţământul profesional
„Universitatea Federală Siberiană”
Institutul de Urbanism, Management și Economie Regională
Departamentul de Fizică
Raport cu privire la munca de laborator
Măsurarea lungimii de undă a luminii folosind o rețea de difracție
Profesor
V.S. Ivanova
Student PE 07-04
K.N. Dubinskaia
Krasnoyarsk 2009
Scopul lucrării
Studiul difracției luminii pe o rețea unidimensională, măsurarea lungimii de undă a luminii.
Scurtă introducere teoretică
O rețea de difracție unidimensională este o serie de fante paralele transparente de lățime egală a, separate de spații opace egale b. Suma dimensiunilor zonelor transparente și opace este de obicei numită perioadă sau constanta rețelei d.
Perioada de grătare este legată de numărul de linii pe milimetru n prin relație
Numărul total liniile de grilă N este egală cu
unde l este lățimea grătarului.
Modelul de difracție pe o rețea este determinat ca rezultat al interferenței reciproce a undelor care provin din toate N fante, adică. Rețeaua de difracție realizează interferențe cu mai multe fascicule ale fasciculelor de lumină difractate coerente care provin din toate fantele.
Fie ca un fascicul paralel de lumină monocromatică cu lungimea de undă λ să fie incident pe rețea. În spatele rețelei, ca urmare a difracției, razele se vor propaga în direcții diferite. Deoarece fantele sunt la distanțe egale una de cealaltă, diferențele de cale ∆ ale razelor secundare formate conform principiului Huygens-Fresnel și care provin de la fante învecinate în aceeași direcție vor fi identice pe întreaga rețea și egale.
Dacă această diferență de cale este un multiplu al unui număr întreg de lungimi de undă, i.e.
apoi, în timpul interferenței, maximele principale vor apărea în planul focal al lentilei. Aici m = 0,1,2, … este ordinul maximelor principale.
Maximele principale sunt situate simetric față de centrală, sau zero, cu m = 0, corespunzătoare razelor de lumină care au trecut prin rețea fără abateri (nedifractate, = 0). Egalitatea (2) se numește condiția maximelor principale ale rețelei. Fiecare fantă își formează, de asemenea, propriul model de difracție. În acele direcții în care o fante produce minime, se vor observa și minime din alte fante. Aceste minime sunt determinate de condiție
Poziția maximelor principale depinde de lungimea de undă λ. Prin urmare, atunci când lumina albă este trecută printr-un rețele, toate maximele, cu excepția celei centrale (m = 0), se vor descompune într-un spectru, a cărui parte violetă va fi îndreptată spre centrul modelului de difracție, iar partea roșie se va descompune. fata spre exterior. Această proprietate a rețelei de difracție este utilizată pentru a studia compoziția spectrală a luminii, adică o rețea de difracție poate fi utilizată ca dispozitiv spectral.
Să notăm distanța dintre mijlocul maximului zero și maximele ordinelor de 1,2, ... mth, respectiv, x 1 x 2 ... x t și distanța dintre planul rețelei de difracție și ecranul -L . Apoi sinusul unghiului de difracție
Folosind ultima relație, din condiția maximelor principale se poate determina λ a oricărei linii din spectru.
Configurația experimentală conține:
S - sursă de lumină, CL - lentilă colimator, S - fantă pentru limitarea dimensiunii fasciculului luminos, PL - lentilă de focalizare, DR - rețea de difracție cu o perioadă d = 0,01 mm, E - ecran pentru observarea modelului de difracție. Pentru a lucra în lumină monocromatică, se folosesc filtre.
Comandă de lucru
1. Așezați piesele de instalare de-a lungul unei axe în ordinea indicată și atașați o coală de hârtie pe ecran.
2. Porniți sursa de lumină S. Instalați un filtru alb.
3. Folosind o riglă atașată instalației, măsurați distanța L de la grilă la ecran.
L1 = 13,5 cm = 0,135 m, L2 = 20,5 cm = 0,205 m.
4. Marcați pe o bucată de hârtie punctele medii ale zero, primul și alte maxime la dreapta și la stânga centrului. Măsurați distanța x 1, x 2 cu o precizie extremă.
5. Calculați lungimile de undă transmise de filtrul de lumină.
6. Aflați valoarea medie aritmetică a lungimii de undă folosind formula
7. Calculați eroarea absolută de măsurare folosind formula
unde n este numărul de modificări, ɑ este probabilitatea de încredere a măsurării, t ɑ (n) este coeficientul Student corespunzător.
8. Rezultat final o scriem sub forma
9. Comparați lungimea de undă obținută cu valoarea teoretică. Notăm concluzia lucrării.
Lucrare de laborator nr 6
„Măsurarea lungimii de undă a luminii folosind o rețea de difracție”
Belyan L.F.,
Profesor de fizică
MBOU "Școala Gimnazială Nr. 46"
Orașul Bratsk
Scopul lucrării:
Continuați să dezvoltați idei despre fenomenul de difracție.
Studiați o metodă de determinare a lungimii de undă a luminii folosind un rețele de difracție cu o perioadă cunoscută.
k =-3 k=-2 k=-1 k=0 k=1 k=2 k=3
Echipament:
1.Riglă
2.Grătul de difracție
3. Ecran cu o fantă verticală îngustă în mijloc
4. Sursă de lumină – laser (sursă de lumină monocromatică)
Rețeaua de difracție
Un rețele de difracție este o colecție de un număr mare de fante foarte înguste separate de spații opace.
a - latimea dungilor transparente
b - latimea dungilor opace
d = a + b
d- perioada rețelei de difracție
Derivarea formulei de lucru:
Maxim
Sveta
A
Zăbrele
Ecran
d păcat φ = k λ
deoarece unghiurile sunt mici, atunci
păcat φ = tg φ, atunci
Masa de masura
Ordinea spectrului
V
A
m
d
m
m
10 -9 m
mier
10 -9 m
COMPUTARE:
1 . =
2. =
3. =
medie =
Valori tabel:
λ cr = 760 nm
În ieșire, comparați valorile lungimii de undă măsurate și cele tabulate.
Întrebări de control:
1. Cum se schimbă distanța dintre maximele modelului de difracție pe măsură ce ecranul se îndepărtează de rețea?
2. De la câte ordine de spectru se pot obține rețele de difracție folosit in munca?
RESURSE:
Fizică. Clasa a 11a. Myakishev G.Ya., Bukhovtsev B.B., Charugin V.M.
Manual pentru instituțiile de învățământ general.
Nivelurile de bază și de profil.
http://ege-study.ru/difrakciya-sveta/
http://kaf-fiz-1586.narod.ru/11bf/dop_uchebnik/in_dif.htm
http://www.physics.ru/courses/op25part2/content/chapter3/section/paragraph10/theory.html#.WGEjg1WLTIU
