знаходячи кут відхилення променя світла від прямолінійного напрямку.
Обладнання: прилад для вимірювання довжини світлової хвилі, електрична лампа з прямою ниткою розжарювання.
Підготовка до виконання роботи
Повторіть навчальний матеріал (§ 34) і дайте відповідь на запитання:
1. Яка будова дифракційної ґратки? Що називають її періодом?
2. Як утворюється дифракційний спектр і чим він відрізняється від призматичного?
3. Які промені дифракційного спектра відхиляються від початкового напрямку на більший кут?
4. Як впливає зміна періоду дифракційної ґратки на кут відхилення променів?
Опис приладу
Прилад для вимірювання довжини світлової хвилі (мал. 16) складається з дерев’яного бруска 2, на якому є шкала з міліметровими поділками, рамки 1 для дифракційної ґратки і повзунка 3 зі щілиною, на якому нанесено міліметрові поділки. Брусок шарнірно з’єднаний із стержнем 4. Його вставляють в отвір масивної підставки 5. Така будова приладу дає змогу закріплювати його під різними кутами й розміщувати в будь-якому напрямку. Шкалу 3 зі щілиною і захисним щитком зверху можна переміщувати вздовж бруска.
Мал. 16
Хід роботи
1. Визначте та запишіть характеристики шкал, за якими проводяться вимірювання.
2. Джерелом світла для всіх установок буде лампа, яку слід розмістити на демонстраційному столі, підключивши її до освітлювальної мережі.
3. Уставте дифракційну ґратку в рамку й накладіть на брусок 2 повзунок зі шкалою (мал. 16). Дивлячись через дифракційну ґратку, спрямуйте прилад на лампу так, щоб крізь вузьку прицільну щілину повзунка, яка міститься над нульовою міткою шкали 3, було видно нитку розжарювання лампи. Тоді по обидва боки від щілини з’являться дифракційні спектри. Якщо спектри трохи нахилені відносно шкали, то це означає, що штрихи дифракційної ґратки не вертикальні. Повернувши рамку з ґраткою на деякий кут, треба усунути перекіс.
4. Визначте положення червоних і фіолетових променів спектрів першого та другого порядку. Для цього треба переміщувати шкалу вздовж бруска то далі від лампи, то ближче до неї, щоб досліджуваний промінь був на позначці шкали. Так буде зручно встановити його розташування. Нехай досліджуваний промінь буде на позначці шкали h1. З другого боку щілини він має бути на тій самій відстані. Якщо при цьому праворуч і ліворуч від 0 ці відстані будуть трохи відрізнятися, то треба знайти їхнє середнє арифметичне значення.
5. Виміряйте відстань l від екрана до дифракційної ґратки. За результатами вимірювання відстаней h і l легко визначити тангенс кута, під яким ігається досліджуваний промінь, а за ним і синус цього кута. Справді, тангенс кута φ, під яким розглядається досліджуваний промінь, визначається за формулою:
Оскільки кут φ незначний, то tgφ ≈ sinφ і формула nλ = dsinφ матиме вигляд:
6. Результати вимірювань запишіть у таблицю.
Позначення величини
Покази приладів
Δв
Δі
Δ = Δв + Δі
λ, м
Δλ, м
ε, %
d
h
l
Обробка результатів експерименту
В соответствии со специальной теорией относительности Эйнштейна, никакой материальный объект не может достичь скорости света. Тем не менее такая возможность есть - использование ускорителей в ЦЕРНе - в которых отдельные частицы вещества (например протоны, ядра атома водорода) разгоняются до 99.99999% скорости света.
Если две частицы, летящие в навстречу друг другу, столкнутся на таких скоростях, tогромное количество энергии, выделившейся при столкновении может быть преобразовано в материю. На этом принципе - преобразовании материи в энергию, основано производство энергии в атомных электростанциях. Все это - две стороны одного и того же уравнения, E=mc2.
где Е означает энергию, m - материю, и с - скорость света. Эта формула отражает материи превращаться в энергию. Более того, поскольку с2 представляет собой огромную величину, малого количества материи достаточно, чтобы произвести гигантское количество энергии.
Такое превращение материи в энергию не есть всего лишь гипотетическая возможность, оно лежит в основе производства атомной энергии; Хиросима и Нагасаки были разрушены мощными атомными бомбами — а с другой стороны, миллионы семей пользуются электричеством, полученным в результате использования того же процесса в мирных целях. Теория "большого взрыва" построена на том, что эйнштейновская формула действует в обоих направлениях: не только материю можно превратить в энергию, но и энергия может быть превращена в материю. Хотя для производства даже малого количества материи требуется огромное количество энергии, запас ее в первичном сгустке был столь грандиозен, что он послужил источником всей материи, существующей ныне во Вселенной.
