Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa im. Stanisława Staszica w Pile Instytut Politechniczny Pracownia Matematyki, Fizyki i Chemii Laboratorium z fizyki
Ćwiczenie nr 5 Temat: WYZNACZANIE GĘSTOŚCI CIAŁ STAŁYCH METODĄ HYDROSTATYCZNĄ
Rok akademicki:2009/2010	Wykonawcy: M. Szulta D. Ukleja	Data wykonania ćwiczenia: 27.04.2010r	Data oddania sprawozdania: 11.05.2010
Kierunek: MiBm
Specjalność:
Studia stacjonarne
Nr grupy			Ocena:
UWAGI:

1. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie długości fali światła lasera półprzewodnikowego za pomocą siatki dyfrakcyjnej.

Zestaw pomiarowy:

• laser półprzewodnikowy

• siatka dyfrakcyjna z uchwytem

• ekran

• miara taśmowa

2. Zasada pomiaru

Światło padając na siatkę doznaje ugięcia na każdej szczelinie i na ekranie obserwuje się maksima podobnie jak dla pojedynczej i podwójnej szczeliny. Maksima promieni ugiętych są szczególnie wyraźne, gdy wzmacniają się promienie wychodzące ze wszystkich szczelin. Następuje to wtedy gdy spełniony jest warunek:

gdzie
oznacza stałą siatki,
kąt ugięcia dla n-tego prążka,
długość fali i
rząd ugięcia.

Stała siatki -
=10.0 ± 0.1
m

Jeżeli założymy, że odległość siatki dyfrakcyjnej od ekranu jest równa D a odległość między n-tym prążkiem zerowego rzędu jest równa
to wzór można zapisać w następującej postaci:

3. Przebieg pomiarów:

1. Skierowanie promienia światła lasera na siatkę dyfrakcyjną

2. Zmierzenie odległości na ekranie, między kolejnymi prążkami dyfrakcyjnymi od prążka zerowego rzędu.

3. wyznaczenie długości fali światła lasera półprzewodnikowego poprzez podstawienie danych do wzoru:
   

4. Opracowanie rachunku błędów

4. Obliczenia

Oznaczenia:

- długość fali

- odległość siatki dyfrakcyjnej od ekranu

- odległość między n-tym prążkiem

- rząd ugięcia

- stała siatki (10
m)

1. Obliczamy długość fali dla poszczególnych rzędów ugięcia

a)wyniki pomiarów

Odległość w (cm) ,,D”	I rząd		II rząd		III rząd
		L	P	L	P	L	P
90	6	6	12	12	17,9	18,2
150	10	9,8	19,9	19,7	30	29,8
190	12,5	12,3	25	24,9	38	37,7

Średnia odległość prążków n- tego rzędu od prążka zerowego dla strony prawej i lewej

Odległość w(cm) ,,D”	I rząd	II rząd	III rząd
90	6cm	12cm	18,05cm
150	9,9cm	19,8cm	29,9cm
190	12,4cm	24,95cm	37,85cm

Stała siatki
- 10
m = 0,001cm

a) długość fali dla prążka 1-go rzędu:

=

0,0000665cm = 665 nm

=

0,0000659cm = 659 nm

=

0,0000651cm = 651 nm

b) długość fali dla prążka 2-go rzędu:

=

0,0000661cm = 661 nm

=

0,0000654cm = 654 nm

=

0,0000651cm = 651 nm

c) długość fali dla prążka 3-go rzędu:

=

0,0000656cm = 656 nm

=

0,0000652cm = 652 nm

=

0,0000651cm = 651 nm

Wynik pomiarów badanej wielkości:

Odległość siatki dyfrakcyjnej od ekranu w [cm]	Liczba rzędu
		I rząd	II rząd	III rząd
90	665 nm	661 nm	656 nm
150	659 nm	654 nm	652 nm
190	651 nm	651 nm	651 nm

2. Obliczamy wartość średnią długości fali

* Długość fali odczytana z etykiety lasera:
630-680 nm

Średnie dla poszczególnych odległości ,,D” siatki dyfrakcyjnej od ekranu

D= 0,9m

D= 1,5m

D= 1,9m

5. Rachunek błędu

Odchylenie standardowe średniej:

= 655,6 nm

Lp.
1	665	9,4	88,36
2	659	3,4	11,56
3	651	-4,6	21,16
4	661	5,4	29,16
5	654	-1,6	2,56
6	651	-4,6	21,16
7	656	0,4	0,16
8	652	-3,6	12,96
9	651	-4,6	21,16

Błąd bezwzględny wartości długości fali dla poszczególnych rzędów ugięć obliczamy ze wzoru, metodą różniczki zupełnej:

=

a) Błąd pomiaru długości fali dla ugięcia 1-go rzędu:

b) Błąd pomiaru długości fali dla ugięcia 2-go rzędu:

c) Błąd pomiaru długości fali dla ugięcia 3-go rzędu:

6. Wnioski

Dzięki temu doświadczeniu można było zauważyć dyfrakcję fali świetlnej lasera półprzewodnikowego. Doświadczenie pozwoliło na wyznaczenie długości fali świetlnej lasera, która mieści się w zakresie podanym przez producenta lasera (630-680nm).

Drobne błędy pomiarowe mogą wywołane być:

- nie stabilne zamocowanie ekranu;

- prążki dyfrakcyjne to punkty o średnicy kilku milimetrów (niedokładny pomiar);

- trudność z odczytaniem dokładnych wyników pomiarów (miara taśmowa niepraktyczna dla małych odległości);

- zwiększając odległość siatki dyfrakcyjnej od ekranu, zwiększała się również odległości prążka zerowego do prążków I, II i III rzędu, ale nie zwiększała się z tą samą odległością jak powinna.

8