11 класс
Лабораторная работа №9
Наблюдение сплошных и линейчатых спектров
Цель работы
Сравнить спектры излучения лампы накаливания, люминесцентной лампы, светодиода, а также измерить длины волн наиболее ярких линий спектра неона.
Оборудование
Прибор для измерения длины световой волны, лампа накаливания на подставке, светодиод, неоновая лампа (источник света с линейчатым спектром), дифракционная решётка (500 штрихов на 1 мм), выпрямитель лабораторный, штатив с муфтой и лапкой.
Необходимые сведения
В работе с помощью дифракционной решётки наблюдают спектры излучения источников света разной природы и измеряют длины волн отдельных спектральных линий.
Длину волны измеряют, используя формулу
dsinφ = 2kλ / 2,
где k — порядок дифракционного спектра; d — период дифракционной решётки; φ — угол отклонения волны от нормали к плоскости решётки; λ — длина волны света.
Длину волны можно вычислить по формуле
λ = dsinφ / k (1)
Спектры наблюдают с помощью прибора, устройство которого показано на рисунке 14.
Основанием прибора является рейка 1, которую закрепляют в нужном положении лапкой штатива 2. На одном конце рейки крепится дифракционная решётка 3. Вдоль рейки перемещается экран 4 со щелевидным отверстием в центре и шкалой по обе стороны от него.
Источник света рассматривают сквозь решётку и щель в экране. При этом на его шкале возникает мнимое изображение дифракционных спектров по обе стороны от щели. Измерив расстояние х между линиями спектров одного порядка и расстояние от решётки до экрана у (рис. 15), по формуле (1) вычисляют длину волны данной линии.
Для расчетов sin φ удобнее выразить через расстояния х и у. По определению синуса и на основании теоремы Пифагора можно записать:
Тогда для спектров первого порядка (k = 1)
Подготовка к работе
1. Ответьте на следующие вопросы:
• Почему при наблюдении дифракции естественного света центральный максимум не имеет цветных полос?
• Как влияет на вид спектров период дифракционной решётки?
• Как влияет на точность измерения длины волны расстояние от решётки до экрана?
2. Подготовьте таблицу для записи результатов измерений и вычислений.
| Цвет линии спектра | х, 10-3 м | у, 10-3 м | λ, 10-9 м |
Порядок выполнения работы
Задание 1. Сравнение спектров излучения различных источников света.
1. Подготовьте прибор для измерения длины световой волны к работе и направьте его на лампу накаливания.
2. Установите, в какой последовательности относительно центральной полосы чередуются цвета спектра.
3. Обратите внимание на то, какой из участков спектра кажется наиболее ярким.
4. Сравните, насколько наблюдаемый спектр по составу цветов близок к спектру солнечного света.
5. Повторите аналогичные исследования спектров излучения светодиода белого свечения и люминесцентной лампы.
6. Сформулируйте вывод о том, какой из исследованных источников света даёт спектр, наиболее близкий к солнечному.
Задание 2. Измерение длины волн наиболее ярких линий спектра неона.
1. Подготовьте к работе неоновую лампу с линейчатым спектром.
2. Направьте прибор для измерения длины волны на неоновую лампу.
3. Измерьте поочерёдно расстояние х для линий красного, жёлтого и зелёного цветов, входящих в спектры первого порядка.
4. Измерьте расстояние у от дифракционной решётки до экрана.
5. Запишите период дифракционной решётки d.
6. Вычислите по формуле (2) длины световых волн, соответствующих красной, жёлтой и зелёной линиям спектра.
7. Сравните измеренные длины волн и укажите, линии какого цвета соответствует наибольшая длина волны.
