Công việc trong phòng thí nghiệm Bài 2 (giải, đáp án) vật lý lớp 11 - Xác định sóng ánh sáng bằng cách tử nhiễu xạ
2. Lắp đặt màn ở khoảng cách L ~ 45-50 cm tính từ cách tử nhiễu xạ. Đo L ít nhất 5 lần, tính giá trị trung bình
5. Tính giá trị trung bình. Nhập dữ liệu vào bảng.
6. Tính chu kỳ mạng d, ghi giá trị của nó vào bảng.
7. Bằng khoảng cách đo được
8. Tính bước sóng tương ứng với cạnh đỏ của quang phổ mà mắt cảm nhận được.
9. Xác định bước sóng của đầu tím của quang phổ.
10. Tính sai số tuyệt đối khi đo khoảng cách L và l.
L = 0,0005 m + 0,0005 m = 0,001 m
l = 0,0005 m + 0,0005 m = 0,001 m
11. Tính sai số tuyệt đối và tương đối khi đo bước sóng.
Câu trả lời cho câu hỏi bảo mật
1. Giải thích nguyên lý hoạt động của cách tử nhiễu xạ.
Nguyên lý hoạt động giống như lăng kính - làm lệch ánh sáng truyền qua ở một góc nhất định. Góc phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng tới. Bước sóng càng dài thì góc càng lớn. Nó là một hệ gồm các khe song song giống hệt nhau trên một màn phẳng mờ đục.
Bấm vào để phóng to
2. Hãy cho biết thứ tự các màu cơ bản trong phổ nhiễu xạ?
Trong phổ nhiễu xạ: tím, xanh lam, lục lam, xanh lục, vàng, cam và đỏ.
3. Phổ nhiễu xạ sẽ thay đổi như thế nào nếu bạn sử dụng cách tử có chu kỳ gấp 2 lần chu kỳ trong thí nghiệm của mình? nhỏ hơn 2 lần?
Quang phổ trong trường hợp chung có sự phân bố tần số. Tần số không gian là nghịch đảo của chu kỳ. Do đó, rõ ràng là việc tăng gấp đôi chu kỳ sẽ dẫn đến nén phổ và giảm phổ sẽ dẫn đến tăng gấp đôi phổ.
Kết luận: Cách tử nhiễu xạ cho phép người ta đo rất chính xác bước sóng ánh sáng.
Phòng thí nghiệm số 6
“Đo bước sóng ánh sáng bằng cách tử nhiễu xạ»
Belyan LF,
giáo viên vật lý
MBU "Trường trung học số 46"
thành phố Bratsk
Mục đích của công việc:
Tiếp tục phát triển ý tưởng về hiện tượng nhiễu xạ.
Nghiên cứu phương pháp xác định bước sóng ánh sáng bằng cách sử dụng cách tử nhiễu xạ với chu kỳ đã biết.
k =-3 k=-2 k=-1 k=0 k=1 k=2 k=3
Thiết bị:
1.Thước kẻ
2. Cách tử nhiễu xạ
3. Màn hình hẹp khe dọcở giữa
4. Nguồn sáng – laser (nguồn sáng đơn sắc)
Cách tử nhiễu xạ
Cách tử nhiễu xạ là một tập hợp số lượng lớn Rất vết nứt hẹp, cách nhau bởi khoảng trắng đục.
a - chiều rộng của sọc trong suốt
b - chiều rộng của sọc mờ
d = a + b
d- chu kỳ cách tử nhiễu xạ
Đạo hàm của công thức làm việc:
Tối đa
Sveta
Một
Lưới
Màn hình
d tội lỗi φ = k λ
bởi vì thì các góc đó nhỏ
tội lỗi φ = tg φ thì
bảng đo lường
Thứ tự phổ
V.
Một
tôi
d
tôi
tôi
10 -9 tôi
Thứ tư
10 -9 tôi
TÍNH TOÁN:
1 . =
2. =
3. =
trung bình =
Giá trị bảng:
λ cr = 760nm
Ở đầu ra, so sánh các giá trị bước sóng đo được và các giá trị được lập bảng.
Câu hỏi bảo mật:
1. Khoảng cách giữa cực đại của ảnh nhiễu xạ thay đổi như thế nào khi màn di chuyển ra xa cách tử?
2. Có thể thu được bao nhiêu bậc phổ từ các cách tử nhiễu xạ được sử dụng trong công trình?
TÀI NGUYÊN:
Vật lý. lớp 11. Myakishev G.Ya., Bukhovtsev B.B., Charugin V.M.
Sách giáo khoa dành cho các cơ sở giáo dục phổ thông.
Cấp độ cơ bản và hồ sơ.
http://ege-study.ru/difrakciya-sveta/
http://kaf-fiz-1586.narod.ru/11bf/dop_uchebnik/in_dif.htm
http://www.phycs.ru/courses/op25part2/content/chapter3/section/paragraph10/theory.html#.WGEjg1WLTIU
Đề tài: “Đo bước sóng ánh sáng bằng cách tử nhiễu xạ”
Mục tiêu bài học: thực nghiệm thu được phổ nhiễu xạ và xác định bước sóng ánh sáng bằng cách sử dụng cách tử nhiễu xạ;
trau dồi sự chu đáo, nhân hậu, bao dung khi làm việc theo nhóm nhỏ;
phát triển niềm đam mê nghiên cứu vật lý.
Loại bài học: bài học về việc hình thành các kỹ năng và khả năng.
Thiết bị: bước sóng ánh sáng, hướng dẫn OT, hướng dẫn trong phòng thí nghiệm, máy tính.
Phương pháp: làm việc trong phòng thí nghiệm, làm việc nhóm.
Kết nối liên ngành: toán học, khoa học máy tính CNTT.
Mọi kiến thức thế giới thực
bắt đầu và kết thúc bằng kinh nghiệm
MỘT.Einstein.
Tiến độ bài học
TÔI. Thời điểm tổ chức
Nêu chủ đề và mục đích của bài học.
ІІ. 1. Cập nhật kiến thức cơ bản. Khảo sát sinh viên (Phụ lục 1).
Thực hiện công việc trong phòng thí nghiệm.
Học sinh được yêu cầu đo bước sóng ánh sáng bằng cách sử dụng cách tử nhiễu xạ.
Học sinh tập hợp thành các nhóm nhỏ (mỗi nhóm 4-5 người) và cùng nhau thực hiện các công việc trong phòng thí nghiệm theo hướng dẫn. Bằng cách sử dụng chương trình máy tính Excel thực hiện các phép tính và kết quả được nhập vào bảng (trong Word).
Tiêu chí đánh giá:
Đội hoàn thành nhiệm vụ trước được 5 điểm;
thứ hai – điểm 4;
thứ ba – xếp hạng 3
Nội quy an toàn sinh mạng khi thực hiện công việc.
Làm việc theo nhóm dưới sự hướng dẫn của giáo viên.
Khái quát hóa, hệ thống hóa kết quả bài làm của sinh viên.
Kết quả công việc được nhập vào bảng trên máy tính (Phụ lục 2).
ІІІ.
Tóm tắt. So sánh kết quả thu được với dữ liệu dạng bảng. Rút ra kết luận.
Sự phản xạ.
Mọi chuyện có diễn ra như tôi dự định không?
Điều gì đã được thực hiện tốt?
Điều gì đã được thực hiện kém?
Điều gì dễ làm và điều gì khó thực hiện?
Làm việc tại nhóm nhỏ Nó có giúp tôi hay tạo thêm khó khăn không?
VI. Bài tập về nhà.
Nộp đơn xin việc.
Lặp lại tài liệu lý thuyết Chủ đề “Giao thoa và nhiễu xạ ánh sáng”.
Viết trò chơi ô chữ về chủ đề “Tính chất của sóng điện từ”.
Phụ lục 1
1. Ánh sáng là gì?
2. Ánh sáng trắng gồm những gì?
3. Tại sao gọi là ánh sáng bức xạ nhìn thấy được?
4. Làm thế nào để phân tách ánh sáng trắng thành quang phổ màu?
5. Cách tử nhiễu xạ là gì?
6. Bạn có thể đo được những gì bằng cách tử nhiễu xạ?
7. Hai sóng ánh sáng có màu khác nhau, ví dụ như bức xạ đỏ và xanh lục, có thể có cùng độ dài sóng?
8. Và trong cùng một môi trường?
Phụ lục 2
Màu đỏ10 -7 tôi
Quả cam
10 -7 tôi
Màu vàng
10 -7 tôi
Màu xanh lá
10 -7 tôi
Màu xanh da trời
10 -7 tôi
Màu xanh da trời
10 -7 tôi
màu tím
10 -7 tôi
Công việc trong phòng thí nghiệm
Chủ thể: Đo bước sóng của ánh sáng.
Mục đích của công việc: đo bước sóng của màu đỏ và hoa màu tím, so sánh các giá trị thu được với các giá trị trong bảng.
Thiết bị: bóng đèn điện dây tóc thẳng, thiết bị xác định bước sóng của ánh sáng.
Trong công việc này, để xác định bước sóng ánh sáng, người ta sử dụng cách tử nhiễu xạ có chu kỳ 1/100 mm hoặc 1/50 mm (chu kỳ được chỉ định trên cách tử). Đây là phần chính của thiết lập đo lường được thể hiện trong hình. Lưới 1 được lắp vào giá đỡ 2, được gắn vào đầu thước 3. Trên thước có một màn hình đen 4 với một khe dọc hẹp 5 ở giữa. Màn hình có thể di chuyển dọc theo thước, cho phép bạn thay đổi khoảng cách giữa nó và cách tử nhiễu xạ. Có thang đo milimet trên màn hình và thước đo. Toàn bộ cài đặt được gắn trên giá ba chân 6.
Nếu bạn nhìn qua cách tử và khe ở một nguồn sáng (đèn sợi đốt hoặc nến), thì trên nền đen của màn, bạn có thể quan sát phổ nhiễu xạ bậc 1, bậc 2, v.v. ở cả hai phía của khe .
Cơm. 1
Bước sóngλ được xác định bởi công thứcλ = dsinφ/k , Ở đâud - thời kỳ mạng;k - thứ tự quang phổ; φ - góc quan sát được ánh sáng tối đa của màu tương ứng.
Vì các góc quan sát được cực đại bậc 1 và bậc 2 không vượt quá 5° nên các tiếp tuyến của chúng có thể được sử dụng thay cho sin của các góc. Từ hình vẽ rõ ràng rằngtgφ = b/a . Khoảng cáchMỘT dùng thước đo từ lưới tới màn hình, khoảng cáchb - dọc theo thang đo màn từ khe đến vạch phổ đã chọn.
Cơm. 2
Công thức cuối cùng để xác định bước sóng làλ = db/ka
Trong nghiên cứu này, sai số đo bước sóng không được ước tính do có sự không chắc chắn trong việc lựa chọn phần giữa của quang phổ của một màu nhất định.
Công việc có thể được thực hiện bằng hướng dẫn số 2 hoặc số 2
Hướng dẫn số 1
Tiến độ công việc
1. Lập biểu mẫu báo cáo có bảng ghi kết quả đo đạc, tính toán.
2. Lắp ráp thiết bị đo, lắp đặt màn đo cách lưới 50 cm.
3. Nhìn qua cách tử nhiễu xạ và khe trên màn tại nguồn sáng và di chuyển cách tử trong giá đỡ, lắp đặt sao cho phổ nhiễu xạ song song với thang đo của màn.
4. Tính bước sóng đỏ trong phổ bậc 1 bên phải và bên trái của khe trên màn, xác định giá trị trung bình của kết quả đo.
5. Làm tương tự vớingười khácmàu sắctrứng.
6. So sánh kết quả của bạn vớidạng bảngbước sóng.
Hướng dẫn số 2
Tiến độ công việc
Đo khoảng cách b tới màu tương ứng trong quang phổ của vạch đầu tiên ở bên trái và bên phải của cực đại trung tâm. Đo khoảng cách từ cách tử nhiễu xạ đến màn (xem Hình 2).
Xác định hoặc tính toán thời gian cách tử d.
Tính độ dài ánh sáng của mỗi màu trong số bảy màu của quang phổ.
Nhập kết quả đo, tính toán vào bảng:
b ,trái,m
b , phải, tôi
b ,trung bình,m
MỘT , tôi
Đặt hàng
quang phổk
Chu kỳ mạng
d , tôi
Đã đoλ , bước sóng
Fidầu mỏ
đồng bộth
Màu xanh da trời
Zelenth
Màu vàng
Quả camth
Màu đỏ
4. Tính sai số tương đối của thí nghiệm đối với từng màu bằng công thức
Cơ quan giáo dục nhà nước liên bang
giáo dục chuyên nghiệp cao hơn
"Đại học Liên bang Siberia"
Viện Quy hoạch, Quản lý Đô thị và Kinh tế Vùng
Khoa Vật lý
Báo cáo phòng thí nghiệm
Đo bước sóng ánh sáng bằng cách tử nhiễu xạ
Giáo viên
VS Ivanova
Sinh viên PE 07-04
K.N. Dubinskaya
Krasnoyarsk 2009
Mục đích của công việc
Nghiên cứu nhiễu xạ ánh sáng trên cách tử một chiều, đo bước sóng ánh sáng.
Giới thiệu lý thuyết ngắn gọn
Cách tử nhiễu xạ một chiều là một chuỗi các khe song song trong suốt có chiều rộng bằng nhau a, cách nhau bởi các khoảng mờ bằng nhau b. Tổng kích thước của vùng trong suốt và vùng mờ đục thường được gọi là chu kỳ hoặc hằng số mạng d.
Khoảng thời gian cách tử có liên quan đến số dòng trên milimet n bởi mối quan hệ
Tổng số đường lưới N bằng
trong đó l là chiều rộng của cách tử.
Hình nhiễu xạ trên cách tử được xác định là kết quả của sự giao thoa lẫn nhau của các sóng đến từ tất cả N khe, tức là. Cách tử nhiễu xạ thực hiện giao thoa đa chùm tia của các chùm ánh sáng nhiễu xạ kết hợp phát ra từ tất cả các khe.
Cho một chùm ánh sáng đơn sắc song song có bước sóng λ chiếu tới cách tử. Phía sau cách tử, do nhiễu xạ, các tia sẽ truyền theo các hướng khác nhau. Vì các khe cách nhau một khoảng bằng nhau nên độ lệch đường đi ∆ của các tia thứ cấp hình thành theo nguyên lý Huygens–Fresnel và đến từ các khe lân cận theo cùng một hướng sẽ giống hệt nhau trong toàn bộ mạng và bằng nhau.
Nếu hiệu đường dẫn này là bội số của một số nguyên bước sóng, tức là
khi đó, trong quá trình giao thoa, cực đại chính sẽ xuất hiện trong mặt phẳng tiêu cự của thấu kính. Ở đây m = 0,1,2,… là bậc cực đại chính.
Các cực đại chính nằm đối xứng so với tâm hoặc bằng 0, với m = 0, tương ứng với các tia sáng truyền qua cách tử không bị lệch (không bị nhiễu xạ, = 0). Đẳng thức (2) được gọi là điều kiện để đạt cực đại chính trên mạng. Mỗi khe cũng tạo thành hình ảnh nhiễu xạ riêng. Trong các hướng mà một khe tạo ra cực tiểu, cực tiểu từ các khe khác cũng sẽ được quan sát thấy. Các cực tiểu này được xác định bởi điều kiện
Vị trí của cực đại chính phụ thuộc vào bước sóng λ. Do đó, khi ánh sáng trắng truyền qua một cách tử, tất cả các cực đại, ngoại trừ cực đại ở giữa (m = 0), sẽ phân hủy thành quang phổ, phần màu tím của nó sẽ hướng vào tâm của hình nhiễu xạ và phần màu đỏ sẽ hướng về phía tâm của hình ảnh nhiễu xạ. hướng mặt ra ngoài. Tính chất này của cách tử nhiễu xạ được sử dụng để nghiên cứu thành phần quang phổ của ánh sáng, tức là một cách tử nhiễu xạ có thể được sử dụng như một thiết bị quang phổ.
Chúng ta hãy biểu thị khoảng cách giữa điểm cực đại bằng 0 và cực đại của các bậc 1,2, ... m tương ứng là x 1 x 2 ... x t và khoảng cách giữa mặt phẳng của cách tử nhiễu xạ và màn chắn -L . Khi đó sin của góc nhiễu xạ
Sử dụng mối quan hệ cuối cùng, từ điều kiện của cực đại chính, người ta có thể xác định λ của bất kỳ vạch nào trong phổ.
Thiết lập thử nghiệm bao gồm:
S - nguồn sáng, CL - thấu kính chuẩn trực, khe S để giới hạn kích thước của chùm sáng, thấu kính hội tụ PL, DR - cách tử nhiễu xạ với chu kỳ d = 0,01 mm, E - màn hình để quan sát vân nhiễu xạ. Để làm việc trong ánh sáng đơn sắc, các bộ lọc được sử dụng.
Lệnh làm việc
Chúng ta sắp xếp các bộ phận lắp đặt dọc theo 1 trục theo thứ tự chỉ định và cố định một tờ giấy trên màn hình.
Bật nguồn sáng S. Lắp bộ lọc trắng.
Sử dụng thước gắn kèm với hệ thống lắp đặt, đo khoảng cách L từ lưới tản nhiệt đến màn hình.
L 1 = 13,5 cm = 0,135 m, L 2 = 20,5 cm = 0,205 m.
Chúng tôi đánh dấu trên một tờ giấy các điểm giữa của số 0, mức tối đa thứ nhất và các mức tối đa khác ở bên phải và bên trái của tâm. VỚI độ chính xác cực caođo khoảng cách x 1, x 2.
Hãy tính bước sóng truyền qua bộ lọc.
Hãy tìm giá trị trung bình số học của bước sóng bằng công thức
Hãy tính toán lỗi tuyệt đốiđo bằng công thức
trong đó n là số lần thay đổi, ɑ - xác suất tin cậy số đo, tɑ(n) – hệ số Sinh viên tương ứng.
Chúng tôi viết kết quả cuối cùng dưới dạng
Chúng tôi so sánh bước sóng thu được với giá trị lý thuyết. Chúng tôi viết ra kết luận của công việc.
Tiến độ công việc
|
Lệnh tối đa |
X m ở bên phải của 0 |
X m ở bên trái của 0 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Bộ lọc ánh sáng - màu xanh lá cây |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
5,3 * 10 -5 cm |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
5,7 * 10 -5cm |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
6,9 * 10 -5cm |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Bài học-nghiên cứu
Bảng tự điều khiển
Kiểm tra Bài học-nghiên cứu Về chủ đề “Xác định bước sóng ánh sáng” Bảng tự điều khiểnTên đầy đủ của học sinh ___________________________
Kiểm tra
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
