Эксперимент

Лабораторные работы по оптике

Я провожу лабораторные работы по оптике с новым прибором, выпускаемым ООО «Компания ЭДУСТРОНГ». Удобно, что в комплект поставки входят набор дифракционных решёток и полупроводниковый лазер. Технические характеристики, комплектность, устройство и внешний вид представлены в руководстве по эксплуатации на сайте http://www.edustrong.ru/func.php. Привожу методические рекомендации (в сокращении. – Ред.) к этим лабораторным работам.

Обозначения: где a₁ и a₂ – расстояния от максимума нулевого порядка до максимумов m-го порядка соответственно слева и справа от нулевого; • b – расстояние от линейки-экрана до дифракционной решётки; • m – порядок дифракционного максимума; • N – число штрихов на 1 мм; • λ – длина волны света; • ε – относительная погрешность определения физической величины.

Теория. (Текст стандартный, здесь опущен. – Ред.)

I. Измерение длины световой волны

Цель работы: измерить длину световой волны с помощью дифракционной решётки.

Оборудование: прибор для измерения длины волны с набором дифракционных решёток (50 штрихов на 1 мм, 75 штрихов на 1 мм, 300 штрихов на 1 мм), описание.

Ход работы

1. Закрепите лазер на торце оптической скамьи <...>.

2. Установите рамку с дифракционной решёткой (N = 50 штрихов на 1 мм) в держатель. Перемещая держатель вдоль скамьи, добейтесь, чтобы максимум m = 1 совпал с целым делением шкалы экрана. Определите расстояния a₁ и a₂ для m = 1 и m = 2. Вычислите а_ср для каждого порядка.

3. Определите расстояние b.

4. Снимите такие же данные для других решёток и занесите в табл. 1.

m	N, штрих/мм	b, м	a, м		аср, м	λ, м	λср, м	Δλ = |λ – λср|, м	Δλср, м	ε, %
			слева	справа
1

5. По формуле рассчитайте длину световой волны, подставляя числовые данные в СИ.

6. Определите среднее значение λ.

7. Рассчитайте абсолютную и относительную погрешности измерений.

8. Запишите результат в виде: λ = λ_ср ± Δλ_ср = (6,69 ± 0,04) · 10^–7 м.

9. Сравните полученную длину волны с табличной и определите цвет излучения.

Цвет	Красный	Оранж.	Жёлтый	Зелёный	Синий
λ, нм	620–760	590–620	560–590	500–560	480–490

 

II. Определение периода дифракционной решётки

Цель работы: определить период дифракционной решётки.

Оборудование: прибор для измерения длины световой волны с набором дифракционных решёток с закрытыми обозначениями количества штрихов на миллиметр (длина волны излучения лазера 670 нм).

Ход работы

1. Закрепите лазер на торце оптической скамьи <...>.

2. Установите дифракционную решётку в держателе на скамью, выбрав определённое расстояние b.

3. Включите лазер, снимите данные для m = 1, m = 2, m = 3 и занесите в табл. 2.

Таблица 2

m	b, м	а, м		аср, м	d, м	λdср, м	Δd = |d – dср|, м	Δdср, м	ε, %	N, штрих/мм
		слева	справа
1

4. Повторите опыт, изменив расстояние b от решётки до экрана.

5. По формуле рассчитайте период решётки.

6. Рассчитайте абсолютную и относительную погрешности измерений.

7. Рассчитайте количество штрихов на миллиметр N.

8. Запишите результат в виде: d = d_ср ± Δd_ср = (2,02 ± 0,01) · 10^–5 м.

 

III. Определение линейной величины оптическим методом

Цель работы: определить расстояние от дифракционной решётки до экрана.

Оборудование: прибор для измерения длины световой волны с набором дифракционных решёток с закрытой шкалой на скамье прибора, линейка (длина волны излучения лазера 670 нм).

1. Закрепите лазер на торце оптической скамьи <...>.

2. Установите дифракционную решётку в держателе на скамью на произвольном расстоянии b.

3. Включите лазер, снимите данные для m = 1, m = 2, m = 3 и занесите в табл. 3.

Таблица 3

m	N, штрих/мм	a, м		аср, м	a, м	bср, м	Δb = |b – bср|, м	Δbср, м	ε, %
		слева	справа
1

 

4. Повторите опыт с другой дифракционной решёткой.

5. По формуле рассчитайте для каждого опыта расстояние b и найдите b_ср.

6. Рассчитайте абсолютную и относительную погрешности измерений.

7. Линейкой измерьте расстояние от решётки до экрана и сравните с вычисленным b_ср. Сделайте вывод.

8. Запишите результат в виде: b = b_ср ± Δb_ср = (27,0 ± 0,4) · 10^–2 м.

 

Литература

1. Демкович В.П. Измерения в курсе физики средней школы. – М.: Просвещение, 1970.
2. Касьянов В.А., Коровин В.А. Физика. Тетрадь для лабораторных работ-11. – М.: Дрофа, 2003.
3. Касьянов В.А. Физика-11. – М.: Дрофа, 2003.

 

ОТ РЕДАКЦИИ. Поздравляем Александра Владимировича Хейло с недавним юбилеем! желаем ему крепкого здоровья, неиссякающего интереса к жизни, любви близких, уважения коллег и учеников и, конечно, удачи и успехов!