O 9.2. Wyznaczanie stałej siatki dyfrakcyjnej Wykonanie zadania:

O 9.2. Wyznaczanie stałej siatki dyfrakcyjnej
INSTRUKCJA WYKONANIA ZADANIA
Obowiązujące zagadnienia teoretyczne:
1.
2.
3.
4.
5.
Światło jako fala elektromagnetyczna
Zjawisko dyfrakcji i interferencji światła, doświadczenie Younga
Światło monochromatyczne, światło białe
Własności i powstawanie światła laserowego
Siatka dyfrakcyjna
Literatura:
1. Skrypt PL: Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki. Optyka, J. Kowalik, M. Wiertel, R.
Żołnierczuk, red. E. Śpiewla, Wydawnictwa Uczelniane PL, Lublin 1995.
2. D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, Podstawy fizyki, Wydawnictwo Naukowe PWN,
Warszawa 2003, tom IV.
3. I.W. Sawieliew, Wykłady z fizyki, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1998,
tom II.
Wartości podawane przez prowadzącego zajęcia:
Długość fali światła lasera używanego w ćwiczeniu:
λ = 655 nm.
UWAGA:
dla siatki dyfr. nr 1 możliwe jest zaobserwowanie prążków rzędu 1 i 2,
dla siatki dyfr. nr 2 możliwe jest zaobserwowanie tylko prążków rzędu 1.
dla siatki dyfr. nr 3 możliwe jest zaobserwowanie prążków rzędu 1 - 6.
Wykonanie zadania:
1. Układ pomiarowy składa się z: lasera, ławy optycznej z podziałką milimetrową, siatki
dyfrakcyjnej umieszczonej w uchwycie oraz ekranu - ustawionych według schematu
przedstawionego na Rys. 1.
Ekran
Siatka dyfrakcyjna
Laser
Ława optyczna
l
Rys. 1 Zestaw do wyznaczania stałej siatki dyfrakcyjnej
Ekran
Siatka
dyfrakcyjna
Laser
Rys. 2 Fotografia zestawu do pomiaru stałej siatki dyfrakcyjnej
2. Umieścić laser, siatkę dyfrakcyjną oraz ekran w uchwytach na nie przeznaczonych.
3. Do ekranu przymocować czysty arkusz papieru milimetrowego.
4. Włączyć laser a następnie wyregulować wysokość i kąt ustawienia elementów tak aby
znajdowały się one w jednej osi.
5. Regulując położenie siatki dyfrakcyjnej na ławie optycznej dobrać taką jej odległość
od ekranu, l, aby widoczny był obraz dyfrakcyjny. Zanotować wartość l.
6. Dobrać taką odległość lasera od siatki dyfrakcyjnej dla której obraz dyfrakcyjny na
ekranie jest ostry.
7. Obraz dyfrakcyjny obserwowany na ekranie powinien wyglądać jak na Rys. 3.
II
I
0
hI
I
II
hI
hII
hII
Rys. 3 Obraz dyfrakcyjny
8. Na papierze milimetrowym przymocowanym do ekranu za pomocą cienkopisu
zaznaczyć położenie wszystkich widocznych prążków dyfrakcyjnych.
9. Zmienić wysokość osadzenia lasera w uchwycie lub wysokość osadzenia ekranu tak
aby obraz dyfrakcyjny był obserwowalny w innym miejscu papieru milimetrowego.
10. Przynajmniej dwukrotnie (lub wg. zaleceń prowadzącego zajęcia) powtórzyć
czynności z pkt. 5 – 8, za każdym razem dobierając inną wartość l.
11. Wyjąć papier milimetrowy z uchwytów ekranu.
12. Wykorzystując siatkę naniesioną na papier milimetrowy oraz linijkę dokonać
pomiarów odległości hm poszczególnych prążków dyfrakcyjnych od prążka
centralnego tak jak pokazuje to Rys. 3.
13. W celu zmniejszenia błędu pomiaru należy odczytywać odległości pomiędzy środkami
prążków rzędu pierwszego I-I, drugiego II-II itd. a wynik podzielić przez dwa.
14. Tabelę wyników przygotować według poniższego wzoru:
nr
siatki

[m]
l
[m]
rząd widma, m
h
[m]
d
[nm]
dśr
[nm]
1
2
3
1
2
3
15. Stałą siatki dyfrakcyjnej wyliczyć dla każdej serii pomiarowej ze wzoru:
d m
l 2  hm2
hm
,
gdzie: m – rząd widma,
 - długość fali światła laserowego,
l - odległość siatki dyfrakcyjnej od ekranu.
16. Wyliczyć średnią wartość stałej siatki dyfrakcyjnej dśr.
17. Oceny niepewności pomiaru stałej siatki dyfrakcyjnej dokonać metodą
różniczkowania wzoru (1) przyjmując jako zmienne l oraz hm.
Autor instrukcji:
Tomasz Pikula
(1)