Номер 2, страница 52 - гдз по физике 11 класс тетрадь для лабораторных работ Парфентьева

Лабораторная работа № 10. Измерение длины световой волны - номер 2, страница 52.

Условие.

2. Оборудование

Дифракционная решётка 1 в держателе 2, линейка 3, по которой может перемещаться экран 4 с узкой щелью 5 посередине, на экране линейка с миллиметровыми делениями. Установка крепится на штативе 6. За экраном находится источник света.

Решение.

2. Оборудование

В представленном тексте описывается лабораторная установка, предназначенная для наблюдения явления дифракции света и экспериментального определения длины волны света.

Принцип работы и назначение компонентов:

Установка позволяет реализовать классический опыт по измерению длины волны с помощью дифракционной решётки. Основная идея заключается в измерении углов, под которыми наблюдаются дифракционные максимумы (яркие линии), и последующем расчёте длины волны по известной формуле.

1. Источник света и экран 4 с узкой щелью 5: Источник света (например, лазер или лампа со светофильтром) расположен за экраном 4. Узкая щель 5 в этом экране формирует тонкий пучок света, который выступает в роли когерентного источника для дифракционной решётки.

2. Дифракционная решётка 1 в держателе 2: Это главный оптический элемент. Свет от щели 5 падает на решётку. Решётка представляет собой прозрачную пластину с нанесённой на неё системой параллельных штрихов, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга. Проходя через решётку, световые волны дифрагируют и интерферируют, создавая за решёткой характерную картину из светлых и тёмных полос — дифракционный спектр.

3. Линейка 3, по которой перемещается экран 4: Наблюдатель смотрит на щель 5 сквозь решётку 1. Он видит мнимые изображения щели, соответствующие дифракционным максимумам разных порядков. Для измерения положения этих максимумов вся конструкция с экраном и щелью (источником) перемещается вдоль измерительной линейки 3. Расстояние от центрального (нулевого) максимума до максимума k-го порядка обозначается как $x$.

4. Штатив 6: Обеспечивает устойчивость и правильное позиционирование установки.

Математическое описание:

Условие образования дифракционного максимума k-го порядка задаётся формулой дифракционной решётки:

$d \sin\varphi_k = k\lambda$

где $d$ — период решётки (расстояние между соседними штрихами), $\varphi_k$ — угол, под которым наблюдается максимум k-го порядка, $k$ — порядок максимума (целое число: $k = 0, \pm1, \pm2, ...$), а $\lambda$ — искомая длина волны света.

В рамках данного эксперимента угол $\varphi_k$ определяется через геометрические измерения. Если расстояние от дифракционной решётки до линейки 3 равно $L$, а расстояние от центрального максимума до максимума k-го порядка равно $x_k$, то тангенс угла дифракции равен:

$\tan\varphi_k = \frac{x_k}{L}$

Зная это, можно выразить синус угла: $\sin\varphi_k = \frac{x_k}{\sqrt{L^2 + x_k^2}}$.

Подставив это в основную формулу, получаем выражение для расчёта длины волны:

$\lambda = \frac{d \cdot x_k}{k \sqrt{L^2 + x_k^2}}$

При малых углах дифракции (когда $x_k \ll L$), можно использовать приближение $\sin\varphi_k \approx \tan\varphi_k = \frac{x_k}{L}$, и формула значительно упрощается:

$\lambda \approx \frac{d \cdot x_k}{k \cdot L}$

Наличие "линейки с миллиметровыми делениями" на самом экране 4, вероятно, служит для более точного определения положения щели 5 относительно основной измерительной линейки 3, возможно, с использованием нониуса.

Ответ: На изображении дано описание состава и принципа действия лабораторной установки, предназначенной для изучения дифракции света и измерения длины волны света с помощью дифракционной решётки. Измерение основано на определении положения дифракционных максимумов и использовании формулы дифракционной решётки $d \sin\varphi = k\lambda$.