Punë laboratorike për përcaktimin e gjatësisë valore të dritës. Laboratori: Matja e gjatësisë së valës së dritës duke përdorur një grilë difraksioni

Puna laboratorike №6

"Matja e gjatësisë së valës së dritës duke përdorur grilë difraksioni»

Belyan L.F.,

mësuese e fizikës

MBOU "Shkolla e mesme nr. 46"

Qyteti Bratsk

Qëllimi i punës:

Vazhdoni të zhvilloni ide për fenomenin e difraksionit.

Studioni një metodë për përcaktimin e gjatësisë valore të dritës duke përdorur një grilë difraksioni me një periudhë të njohur.

k =-3 k=-2 k=-1 k=0 k=1 k=2 k=3

Pajisjet:

1.Sundimtar

2.Rrjeta e difraksionit

3. Ekran me një të çarë të ngushtë vertikale në mes

4. Burimi i dritës - lazer (burimi monokromatik i dritës)

Grilë difraksioni

Një grilë difraksioni është një koleksion numër i madhçarje shumë të ngushta të ndara nga hapësira të errëta.

a - gjerësia e vijave transparente

b - gjerësia e vijave opake

d = a + b

d- periudha e grirjes së difraksionit

Nxjerrja e formulës së punës:

Maksimumi

Sveta

a

Grilë

Ekrani

d mëkat φ = k λ

sepse këndet janë të vogla, atëherë

mëkat φ = tg φ, atëherë

Tabela e matjes

Rendi i spektrit

V

a

m

d

m

m



 10 -9 m

 e mërkurë

 10 -9 m

LLOGARIMET:

1 .  =

2.  =

3.  =

 mesatare =

Vlerat e tabelës:

λ kr = 760 nm

Në dalje, krahasoni vlerat e gjatësisë së valës së matur dhe ato të tabelës.

Pyetje sigurie:

1. Si ndryshon distanca ndërmjet maksimumeve modeli i difraksionit kur hiqni ekranin nga grila?

2. Sa renditje spektri mund të përftohen nga grilat e difraksionit të përdorura në punim?

BURIMET:

Fizika. klasa e 11-të. Myakishev G.Ya., Bukhovtsev B.B., Charugin V.M.

Libër mësuesi për institucionet e arsimit të përgjithshëm.

Nivelet bazë dhe të profilit.

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

Punë laboratori nr 2 (zgjidhje, përgjigje) në fizikë, klasa 11 - Përcaktimi i valës së dritës duke përdorur një grilë difraksioni

2. Instaloni ekranin në një distancë L ~ 45-50 cm nga grila e difraksionit. Matni L të paktën 5 herë, llogaritni vlerën mesatare . Futni të dhënat në tabelë.

5. Llogaritni mesataret. Futni të dhënat në tabelë.

6. Llogaritni periodën e rrjetës d, shkruani vlerën e saj në tabelë.

7. Me distancë të matur nga qendra e çarjes në ekran në pozicionin e skajit të kuq të spektrit dhe distancës nga grila e difraksionit në ekran, llogarit sin0cr, nën të cilin vërehet brezi përkatës i spektrit.

8. Llogaritni gjatësinë e valës që korrespondon me skajin e kuq të spektrit të perceptuar nga syri.

9. Përcaktoni gjatësinë e valës për skajin vjollcë të spektrit.

10. Njehsoni gabimet absolute në matjen e largësive L dhe l.

L = 0,0005 m + 0,0005 m = 0,001 m
l = 0,0005 m + 0,0005 m = 0,001 m

11. Njehsoni gabimet absolute dhe relative në matjen e gjatësive valore.

Përgjigjet për pyetjet e sigurisë

1. Shpjegoni parimin e funksionimit të një grilë difraksioni.

Parimi i funksionimit është i njëjtë me atë të prizmave - devijimi i dritës së transmetuar në një kënd të caktuar. Këndi varet nga gjatësia e valës së dritës rënëse. Sa më e gjatë të jetë gjatësia e valës, aq kënd më të madh. Është një sistem i njëjtë çarje paralele në një ekran të sheshtë të errët.

Klikoni për ta zmadhuar

2. Specifikoni rendin e ngjyrave kryesore në spektri i difraksionit?

Në spektrin e difraksionit: vjollcë, blu, cian, jeshile, e verdhë, portokalli dhe e kuqe.

3. Si do të ndryshojë spektri i difraksionit nëse përdorni një grilë me një periodë 2 herë më të madhe se në eksperimentin tuaj? 2 herë më i vogël?

Spektri në rast i përgjithshëm ka një shpërndarje frekuence. Frekuenca hapësinore është një sasi periudha e anasjelltë. Prandaj është e qartë se dyfishimi i periudhës çon në një ngjeshje të spektrit, dhe zvogëlimi i spektrit do të çojë në një dyfishim të spektrit.

Përfundime: Një grilë difraksioni lejon që njeriu të matet me saktësi gjatësinë e valës së dritës.

Shteti Federal institucioni arsimor

më të larta arsimi profesional

"Siberian universiteti federal"

Instituti i Urbanistikës, Menaxhimit dhe ekonomia rajonale

Departamenti i Fizikës

Raporti i laboratorit

Matja e gjatësisë së valës së dritës duke përdorur një grilë difraksioni

Mësues

V.S. Ivanova

Nxënësi PE 07-04

K.N. Dubinskaya

Krasnoyarsk 2009

Qëllimi i punës

Studimi i difraksionit të dritës në një grilë njëdimensionale, matja e gjatësisë së valës së dritës.

E shkurtër hyrje teorike

Një grilë difraksioni njëdimensionale është një seri çarjesh paralele transparente me gjerësi të barabartë a, të ndara nga hapësira të barabarta të errëta b. Shuma e madhësive të zonave transparente dhe të errëta zakonisht quhet perioda, ose konstanta e rrjetës d.

Periudha e grilave lidhet me numrin e vijave për milimetër n nga relacioni

Numri total Linjat e rrjetit N është e barabartë me

ku l është gjerësia e grilës.

Modeli i difraksionit në një grilë përcaktohet si rezultat i ndërhyrjes së ndërsjellë të valëve që vijnë nga të gjitha çarjet N, d.m.th. Rrjeta e difraksionit kryen ndërhyrje me shumë rreze të rrezeve koherente të difraktuara të dritës që vijnë nga të gjitha çarjet.

Lëreni një tra paralel të bjerë mbi grilë dritë monokromatike me gjatësi vale. Pas grilës, si rezultat i difraksionit, rrezet do të përhapen në drejtime të ndryshme. Meqenëse të çarat janë në distanca të barabarta nga njëra-tjetra, diferencat e rrugës ∆ të rrezeve dytësore të formuara sipas parimit Huygens-Fresnel dhe që vijnë nga çarjet fqinje në të njëjtin drejtim do të jenë identike në të gjithë rrjetën dhe të barabarta.

Nëse ky ndryshim i rrugës është një shumëfish i një numri të plotë të gjatësive valore, d.m.th.

atëherë, gjatë interferencës, maksimumi kryesor do të shfaqet në rrafshin fokal të thjerrëzës. Këtu m = 0,1,2, … është rendi i maksimumit kryesor.

Maksimat kryesore janë të vendosura në mënyrë simetrike në raport me qendrën, ose zero, me m = 0, që korrespondojnë me rrezet e dritës që kalojnë nëpër grilë pa devijime (të padifraktuara, = 0). Barazia (2) quhet kushti për maksimumet kryesore në rrjetë. Çdo çarje gjithashtu formon modelin e vet të difraksionit. Në ato drejtime në të cilat një e çarë prodhon minimume, do të vërehen edhe minima nga të çarat e tjera. Këto minimume përcaktohen nga gjendja

Pozicioni i maksimumit kryesor varet nga gjatësia e valës λ. Prandaj, kur kaloni nëpër hekura dritë e bardhë të gjitha maksimat, përveç asaj qendrore (m = 0), do të zbërthehen në një spektër, pjesa vjollce e të cilit do të jetë përballë qendrës së modelit të difraksionit dhe pjesa e kuqe do të jetë e kthyer nga jashtë. Kjo veti e një grilë difraksioni përdoret për të studiuar përbërje spektrale dritë, d.m.th. një grilë difraksioni mund të përdoret si një pajisje spektrale.

Le të shënojmë distancën ndërmjet mesit të maksimumit zero dhe maksimumit të urdhrave 1,2, ... mth, përkatësisht, x 1 x 2 ... x t dhe distancën midis rrafshit të grilës së difraksionit dhe ekranit -L . Pastaj sinusi i këndit të difraksionit

Duke përdorur relacionin e fundit, nga kushti i maksimumit kryesor mund të përcaktohet λ e çdo linje në spektër.

NË vendosje eksperimentale në dispozicion:

S - burim drite, CL - lente kolimator, S - çarje për kufizimin e madhësisë së rrezes së dritës, PL - lente fokusimi, DR - grilë difraksioni me periodë d = 0,01 mm, E - ekran për vëzhgimin e modelit të difraksionit. Për të punuar në dritën monokromatike, përdoren filtra.

Urdhri i punës

1. Vendosni pjesët e instalimit përgjatë 1 aks në në rendin e specifikuar, rregulloni një fletë letre në ekran.

2. Ndizni burimin e dritës S. Instaloni një filtër të bardhë.

3. Duke përdorur një vizore të bashkangjitur në instalim, matni distancën L nga grila në ekran.

L 1 = 13,5 cm = 0,135 m, L 2 = 20,5 cm = 0,205 m.

4. Shënoni në një copë letre pikat e mesit të zeros, të parës dhe maksimaleve të tjera djathtas dhe majtas të qendrës. ME saktësi ekstreme mat distancën x 1, x 2.

5. Llogaritni gjatësitë e valëve të transmetuara nga filtri i dritës.

6. Gjeni vlerën mesatare aritmetike të gjatësisë së valës duke përdorur formulën

7. Llogaritni gabimin absolut të matjes duke përdorur formulën

ku n është numri i ndryshimeve, ɑ - probabiliteti i besimit matjet, t ɑ (n) – koeficienti përkatës Student.

8. Rezultatin përfundimtar e shkruajmë në formë

9. Krahasoni gjatësinë e valës që rezulton me vlera teorike. Ne shkruajmë përfundimin e punës.

Tema: "Matja e gjatësisë së valës së dritës duke përdorur një grilë difraksioni".

Objektivat e mësimit: merrni në mënyrë eksperimentale një spektër difraksioni dhe përcaktoni gjatësinë e valës së dritës duke përdorur një grilë difraksioni;

kultivoni vëmendje, vullnet të mirë dhe tolerancë gjatë punës në grupe të vogla;

zhvillojnë interes për studimin e fizikës.

Lloji i mësimit: mësim në formimin e aftësive dhe aftësive.

Pajisjet: gjatësi vale të lehta, udhëzime OT, udhëzime laboratorike, kompjuterë.

Metodat: punë laboratorike, punë në grup.

Lidhjet ndërdisiplinore: matematikë, shkenca kompjuterike TIK.

Të gjitha njohuritë bota reale

vjen nga dhe përfundon me përvojë

A.Ajnshtajni.

Ecuria e mësimit

I. Momenti organizativ.

Tregoni temën dhe qëllimin e mësimit.

ІІ. 1. Përditësimi i njohurive bazë. Anketa e studentëve (Shtojca 1).

Kryerja e punës laboratorike.

U kërkohet nxënësve të matin gjatësinë e valës së dritës duke përdorur një grilë difraksioni.

Nxënësit bashkohen në grupe të vogla (4-5 persona secili) dhe së bashku kryejnë punë laboratorike sipas udhëzimeve. Duke përdorur program kompjuterik Excel bën llogaritjet dhe rezultatet futen në një tabelë (në Word).

Kriteret e vlerësimit:

Skuadra që kryen detyrën e parë merr një pikë prej 5;

e dyta - pikë 4;

e treta – vlerësimi 3

Rregullat e sigurisë së jetës gjatë kryerjes së punës.

Puna në grupe nën drejtimin e një mësuesi.

Përgjithësimi dhe sistemimi i rezultateve të punës nga nxënësit.

Rezultati i punës futet në një tabelë në kompjuter (Shtojca 2).

ІІІ.

Duke përmbledhur. Krahasoni rezultatet e marra me të dhënat tabelare. Nxirrni përfundime.

Reflektimi.

A doli gjithçka ashtu siç e kisha planifikuar?

Çfarë u bë mirë?

Çfarë është bërë keq?

Çfarë ishte e lehtë për të bërë dhe çfarë ishte papritur e vështirë?

Punoni në grup i vogël A më ndihmoi apo krijoi vështirësi shtesë?

VI. Detyrë shtëpie.

Aplikoni për punë.

Rishikoni materialin teorikme temën "Ndërhyrja dhe difraksioni i dritës".

Hartoni një fjalëkryq me temën "Vetitë e valëve elektromagnetike".

Shtojca 1

1. Çfarë është drita?

2. Nga se përbëhet drita e bardhë?

3. Pse quhet drita rrezatimi i dukshëm?

4. Si të zbërthehet drita e bardhë në një spektër ngjyrash?

5. Çfarë është një grilë difraksioni?

6. Çfarë mund të matni me një grilë difraksioni?

7. Mund dy ngjyra të ndryshme valë të lehta Për shembull, rrezatimi i kuq dhe jeshil, kanë të njëjtat gjatësi vale?

8. Dhe në të njëjtin mjedis?

Shtojca 2

10 -7 m

portokalli

10 -7 m

E verdha

10 -7 m

E gjelbër

10 -7 m

Blu

10 -7 m

Blu

10 -7 m

vjollce

10 -7 m

Puna laboratorike

Tema: Matja e gjatësisë së valës së dritës.

Qëllimi i punës: masë gjatësinë e valës së kuqe dhe lule vjollce, krahasoni vlerat e marra me ato të tabelës.

Pajisjet: llambë elektrike me fije të drejtë, një pajisje për përcaktimin gjatësia e valës së dritës.

Pjesa teorike

Në këtë punë, për të përcaktuar gjatësinë e valës së dritës, përdoret një grilë difraksioni me një periudhë 1/100 mm ose 1/50 mm (periudha tregohet në grilë). Është pjesa kryesore e konfigurimit të matjes së treguar në figurë. Rrjeti 1 është instaluar në një mbajtëse 2, e cila është ngjitur në fundin e vizores 3. Në vizore ka një ekran të zi 4 me një çarje të ngushtë vertikale 5 në mes. Ekrani mund të lëvizë përgjatë sundimtarit, i cili ju lejon të ndryshoni distancën midis tij dhe grilës së difraksionit. Ka peshore milimetrash në ekran dhe vizore. I gjithë instalimi është montuar në një trekëmbësh 6.

Nëse shikoni përmes grilës dhe çarjes në një burim drite (llambë inkandeshente ose qiri), atëherë në sfondin e zi të ekranit mund të vëzhgoni spektrat e difraksionit të urdhrave 1, 2, etj. në të dy anët e çarjes.

Oriz. 1

Gjatësia e valësλ përcaktuar nga formulaλ = dsinφ/k , Kud - periudha e grilës;k - renditja e spektrit;φ - këndi në të cilin vërehet drita maksimale e ngjyrës përkatëse.

Meqenëse këndet në të cilat vërehen maksimumet e rendit të parë dhe të dytë nuk i kalojnë 5°, tangjentet e tyre mund të përdoren në vend të sinuseve të këndeve. Nga figura duket qartë setgφ = b/a . LargësiaA numëroni duke përdorur një vizore nga grila në ekran, distancënb - përgjatë shkallës së ekranit nga çarja në vijën e spektrit të zgjedhur.

Oriz. 2

Formula përfundimtare për përcaktimin e gjatësisë së valës ështëλ = db/ka

Në këtë punim, gabimi i matjes së gjatësive të valëve nuk vlerësohet për shkak të disa pasigurive në zgjedhjen e pjesës së mesme të spektrit të një ngjyre të caktuar.

Puna mund të kryhet duke përdorur udhëzimet nr. 2 ose nr. 2

Udhëzimi nr. 1

Përparimi i punës

1. Përgatitni një formular raporti me një tabelë për të regjistruar rezultatet e matjeve dhe llogaritjeve.

2. Mblidhni konfigurimi i matjes, instaloni ekranin në një distancë prej 50 cm nga grila.

3. Duke parë rrjetën e difraksionit dhe të çarën në ekran te burimi i dritës dhe duke lëvizur grilën në mbajtëse, instaloni atë në mënyrë që spektri i difraksionit të jetë paralel me shkallën e ekranit.

4. Llogaritni gjatësinë e valës së kuqe në spektrin e rendit të parë djathtas dhe majtas të çarjes në ekran, përcaktoni vlerën mesatare të rezultateve të matjes.

5. Bëni të njëjtën gjë përtë tjerëtngjyraov.

6. Krahasoni rezultatet tuaja metabelaregjatësi vale.

Udhëzimi nr. 2

Përparimi i punës

Matni distancën b me ngjyrën përkatëse në spektrin e vijës së parë majtas dhe djathtas të maksimumit qendror. Matni distancën nga grila e difraksionit në ekran (shih Figurën 2).

Përcaktoni ose llogaritni periudhën e grirjes d.

Llogaritni gjatësinë e dritës për secilën nga shtatë ngjyrat e spektrit.

Vendosni rezultatet e matjeve dhe llogaritjeve në tabelë:

b ,majtas,m

b , drejtë, m

b ,mesatare,m

A , m

Rendit

spektritk

Periudha e grilës

d , m

I maturλ , nm

Fiolet

sinth

Blu

Zelenth

E verdha

portokallith

E kuqe

4. Llogaritni gabim relativ eksperimentoni për secilën ngjyrë sipas formulës

Punë laboratori nr.43

Seksioni 5.Optika

Tema 5.2.Vetitë valore të dritës

Titulli i laboratorit: Përcaktimi i gjatësisë së valës së dritës duke përdorur një grilë difraksioni

Objektivi mësimor: merrni një spektër difraksioni, përcaktoni gjatësitë e valëve të dritës ngjyra të ndryshme

Objektivat mësimore: vëzhgoni modelin e ndërhyrjes, merrni spektrat e rendit të parë dhe të dytë, përcaktoni kufijtë e dukshëm të spektrit të dritës vjollce dhe dritës së kuqe dhe llogaritni gjatësinë e valës së tyre.

Rregullat e sigurisë: rregullat për sjelljen në zyrë gjatë ekzekutimit mësim praktik

Koha standarde: 2 orë

Rezultatet arsimore të deklaruara në Standardin Federal të Arsimit Shtetëror të gjeneratës së tretë:

Studenti duhet

të jetë në gjendje të: matë gjatësinë e valës së dritës, nxjerr përfundime bazuar në të dhënat eksperimentale

di: Dizajni i grilave të difraksionit, periudha e grirjes, kushtet për formimin e maksimumeve

Disponueshmëria e profesionit

Udhëzimet për përfundimin e një mësimi laboratorik

Fletore laboratori, laps, vizore, pajisje për përcaktimin e gjatësisë valore të dritës, stendë për pajisjen, grilë difraksioni, burim drite.

Procedura e zhvillimit të mësimit: punë individuale

Sfondi teorik

Një rreze paralele drite, që kalon nëpër një grilë difraksioni, për shkak të difraksionit pas grilës, përhapet në të gjitha drejtimet e mundshme dhe ndërhyn. Një model ndërhyrjeje mund të vërehet në një ekran të vendosur në rrugën e dritës ndërhyrëse. Maksimumi i dritës vërehet në pikat e ekranit. Për të cilën plotësohet kushti:  = n (1)

 - ndryshimi i rrugës së valës;  - gjatësia e valës së dritës, n – numri maksimal. Maksimumi qendror quhet zero: për të  = 0. Në të majtë dhe në të djathtë të tij janë maksimumet e rendit më të lartë.

Kushti për shfaqjen e një maksimumi (1) mund të shkruhet ndryshe: n = dMëkati

Figura 1

Këtu d është periudha e grilës së difraksionit,  është këndi në të cilin

maksimumi i dritës (këndi i difraksionit). Meqenëse këndet e difraksionit janë të vogla, atëherë për to mund të marrim Sin  = tan , dhe tan  = a/b Figura 1, prandaj n = dA/b (2)

Kjo formulë përdoret për të përcaktuar gjatësinë e valës së dritës.

Si rezultat i matjeve, u zbulua se për dritën e kuqe λcr = 8 10-7 m, dhe për dritën vjollce - λph = 4 10-7 m.

Nuk ka ngjyra në natyrë, ka vetëm valë me gjatësi vale të ndryshme

Analiza e formulës (1) tregon se pozicioni i maksimumit të dritës varet nga gjatësia e valës së dritës monokromatike: sa më e gjatë të jetë gjatësia e valës. Sa më tej maksimumi është nga zero.

Drita e bardhë është komplekse në përbërje. Maksimumi zero për të është një shirit i bardhë, dhe maksimumi i porosive më të larta janë një grup me ngjyra

brezat, tërësia e të cilave quhet spektri  dhe  Figura 2

Figura 2

Pajisja përbëhet nga një shufër me një shkallë 1, një shufër 2, një vidë 3 (mund ta rregulloni shiritin sipas kënde të ndryshme). Përgjatë shiritit në brazda anësore, mund të lëvizni rrëshqitësin 4 me ekranin 5. Një kornizë 6 është ngjitur në fund të shiritit, në të cilin është futur një grilë difraksioni, Figura 3

Figura 4

Figura 3 grilë difraksioni

Grilë difraksioni zbërthen dritën në një spektër dhe ju lejon të përcaktoni me saktësi gjatësinë e valës së dritës

Figura 5

Urdhri i punës

Mblidhni instalimin, Figura 6

Instaloni një burim drite dhe ndizni atë.

Duke parë përmes grilës së difraksionit, drejtojeni pajisjen drejt llambës në mënyrë që filamenti i llambës të jetë i dukshëm përmes dritares së ekranit të pajisjes

Është e mundur të instaloni ekranin distancë më të madhe nga një grilë difraksioni.

Matni distancën b nga ekrani i instrumentit deri te grila e difraksionit duke përdorur shkallën e shiritit.

Përcaktoni distancën nga ndarja zero (0) e shkallës së ekranit deri në mes të shiritit vjollcë si në të majtë "a l" dhe në të djathtë "a p" për spektrat e rendit , Figura 4 dhe llogaritni vlerën mesatare, a sr

Përsëriteni eksperimentin me një spektër të rendit .

Kryeni të njëjtat matje për brezat e kuq të spektrit të difraksionit.

Duke përdorur formulën (2), llogaritni gjatësinë e valës së dritës vjollce për spektrat e rendit  dhe , gjatësinë e valës së dritës së kuqe të renditjes  dhe .

Futni rezultatet e matjeve dhe llogaritjeve në tabelën 1

Nxirrni një përfundim

Tabela nr. 1

Pyetje për konsolidim material teorik për të mësim laboratori

Pse maksimumi zero i spektrit të difraksionit të dritës së bardhë është një shirit i bardhë dhe maksimumi i rendit më të lartë një grup vijash me ngjyra?

Pse maksimumet janë të vendosura në të majtë dhe në të djathtë të maksimumit zero?

Në cilat pika të ekranit fitohen maksimumet , , ?

Cila është pamja e modelit të ndërhyrjes në rastin e dritës monokromatike?

Në cilat pika të ekranit merret minimumi i dritës?

Cili është ndryshimi në rrugën e rrezatimit të dritës ( = 0,49 µm), duke dhënë maksimumin e dytë në spektrin e difraksionit? Përcaktoni frekuencën e këtij rrezatimi

Rrjeta e difraksionit dhe parametrat e saj.

Përkufizimet e ndërhyrjes dhe difraksionit të dritës.

Kushtet për dritën maksimale nga një grilë difraksioni.

Pas përfundimit punë praktike studenti duhet të paraqesë:- Ekzekutuar në fletore laboratorike punojnë në përputhje me kërkesat e mësipërme.
Referencat:

V. F. Dmitrieva Fizikë për profesione dhe specialitete teknike M.: Akademia e Shtëpisë Botuese - 2016

R. A. Dondukova Udhëzues për kryerjen e punës laboratorike në fizikë për arsimin e mesëm profesional M.: Shkolla e lartë, 2000

Punë laboratori në fizikë me pyetje dhe detyra

O. M. Tarasov M.: FORUM-INFA-M, 2015