ogarniam.edu.pl
Klasa
Zacznij naukę →Zacznij →

ogarniam.edu.pl · Fizyka · Fizyka atomowa (rozszerzenie)klasa 4 LO · fiszki i quiz: ogarniam.edu.pl/lo/4/fizyka/obserwacja-widma-przez-siatke-dyfrakcyjna/

Fizyka · Fizyka atomowa (rozszerzenie) · kl. 4 · zakres rozszerzony

Obserwacja widma przez siatkę dyfrakcyjną

Zwykła siatka dyfrakcyjna rozkłada światło lampy na linie. Z kąta, pod jakim widać linię, policzysz długość fali, a z niej energię przejścia w atomie.

ok. 3 min czytania8 fiszek8 pytań w quizie🔊 Posłuchaj notatki

1Doświadczenie

  • Przed lampą spektralną (np. wodorową) ustawiasz siatkę dyfrakcyjną i patrzysz przez nią albo rzucasz światło na ekran. Pośrodku jest jasny prążek, a po bokach – barwne linie widma. Każda linia to inna długość fali i inny kąt.
  • Kąt możesz zmierzyć na ekranie: x — odległość linii od środkowego prążka, L — odległość siatki od ekranu; wtedy tg α = x przez L.

2Wzór siatki

  • Oznaczenia: d — stała siatki, czyli odległość sąsiednich rys [m]; n — rząd widma (0, 1, 2, …); α — kąt między kierunkiem padania (prostopadłym do siatki) a kierunkiem maksimum; λ — długość fali [m]; N — liczba rys na milimetr.
Zapamiętaj

d · sin α = n · λ, gdzie d = 1 mm przez N

  • Siatka 600 rys/mm ma d = 10−⁠3 m przez 600 ≈ 1,67·10−⁠6 m = 1,67 µm.
siatkaświatłon = 0n = 1różnica dróg = d·sin αdα
Siatka dyfrakcyjna: wiązka pada prostopadle, maksimum rzędu n widać pod kątem α, bo różnica dróg sąsiednich promieni wynosi d·sin α = nλ
  • Czerwień ugina się mocniej niż fiolet (większe λ – większy kąt). Rząd 0 to wszystkie barwy razem, bez ugięcia.
  • Ile rzędów widać? Skoro sin α ≤ 1, to n ≤ d przez λ.
Sprawdź, czy rozumiesz

Siatka ma 400 rys/mm. Stała siatki d wynosi

3Przykłady

  • Przykład 1 – dane: siatka 600 rys/mm (d = 1667 nm), λ = 656 nm, n = 1.
  • Wzór: sin α = nλ przez d.
  • Obliczenia: sin α = 656 przez 1667 ≈ 0,394, więc α ≈ 23°. Dla n = 2: sin α ≈ 0,787, α ≈ 52°. Rzędy: n ≤ 1667 przez 656 ≈ 2,5.
  • Odpowiedź: linia w I rzędzie pod kątem ok. 23°, w II – ok. 52°; III rzędu nie ma.
  • Przykład 2 (pomiar). Siatka 500 rys/mm (d = 2000 nm), czerwona linia w I rzędzie pod kątem 19,2°: λ = d sin α = 2000 nm · 0,329 ≈ 658 nm; ΔE = 1240 przez 658 eV ≈ 1,88 eV – w granicach niepewności zgadza się z przejściem 3 → 2 w wodorze (1,89 eV).
Uwaga na błąd

Wstawianie do wzoru liczby rys N zamiast stałej siatki d. Stała siatki to odległość: d = 1/N, np. 1/500 mm = 2 µm.

✎Ściąga: Obserwacja widma przez siatkę dyfrakcyjną

Najważniejsze w pigułce – przeczytaj tuż przed kartkówką lub sprawdzianem.

  • d · sin α = n · λ, gdzie d = 1 mm przez N
  • Oznaczenia: d — stała siatki, czyli odległość sąsiednich rys [m]; n — rząd widma (0, 1, 2, …); α — kąt między kierunkiem padania (prostopadłym do siatki) a kierunkiem maksimum; λ — długość fali [m]; N — liczba rys na milimetr.
  • Przykład 1 – dane: siatka 600 rys/mm (d = 1667 nm), λ = 656 nm, n = 1.
  • Wzór: sin α = nλ przez d.
  • Obliczenia: sin α = 656 przez 1667 ≈ 0,394, więc α ≈ 23°. Dla n = 2: sin α ≈ 0,787, α ≈ 52°. Rzędy: n ≤ 1667 przez 656 ≈ 2,5.
  • Odpowiedź: linia w I rzędzie pod kątem ok. 23°, w II – ok. 52°; III rzędu nie ma.
  • Przykład 2 (pomiar). Siatka 500 rys/mm (d = 2000 nm), czerwona linia w I rzędzie pod kątem 19,2°: λ = d sin α = 2000 nm · 0,329 ≈ 658 nm; ΔE = 1240 przez 658 eV ≈ 1,88 eV – w granicach niepewności zgadza się z przejściem 3 → 2 w wodorze (1,89 eV).

?Quiz: powtórz przed kartkówką

8 pytań w stylu kartkówki i sprawdzianu. Odpowiedz w myślach, potem sprawdź odpowiedź. Rozwiąż quiz z wynikiem – każda odpowiedź ma wyjaśnienie.

  1. Warunek maksimum dla siatki dyfrakcyjnej to

    1. Ad·cos α = nλ
    2. Bd = nλ·sin α
    3. Cd·sin α = nλ
    4. Dsin α = nλ·d
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź C: d·sin α = nλ – Różnica dróg sąsiednich promieni musi być całkowitą wielokrotnością λ: d·sin α = nλ.

  2. Siatka ma 400 rys/mm. Stała siatki d wynosi

    1. A0,4 µm
    2. B2,5 µm
    3. C400 µm
    4. D2,5 mm
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź B: 2,5 µm – d = 1 mm / 400 = 0,0025 mm = 2,5 µm.

  3. Która barwa w I rzędzie widma ugina się najmocniej?

    1. ACzerwona
    2. BZielona
    3. CWszystkie jednakowo
    4. DFioletowa
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź A: Czerwona – Z sin α = λ/d wynika, że większe λ daje większy kąt, a czerwień ma największe λ w świetle widzialnym.

  4. Linia 500 nm, siatka d = 2000 nm, rząd 1. Kąt maksimum spełnia warunek

    1. Asin α = 4
    2. Bsin α = 1
    3. Csin α = 0,5
    4. Dsin α = 0,25
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź D: sin α = 0,25 – sin α = nλ/d = 500/2000 = 0,25 (α ≈ 14,5°).

  5. Pomiar daje α = 30° w I rzędzie dla siatki o d = 1,6 µm. Długość fali wynosi

    1. A2,8 µm
    2. B800 nm
    3. C1600 nm
    4. D400 nm
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź B: 800 nm – λ = d sin 30° = 1600 nm · 0,5 = 800 nm.

  6. Ile rzędów (poza zerowym) widać po każdej stronie dla d = 1667 nm i λ = 656 nm?

    1. A3
    2. B2
    3. C1
    4. Dnieskończenie wiele
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź B: 2 – Warunek n ≤ d/λ ≈ 2,5, więc widać rzędy n = 1 i n = 2.

  7. Co zrobisz z wyznaczoną długością fali, żeby sprawdzić model poziomów energii?

    1. AObliczysz ΔE = hc/λ i porównasz z różnicą poziomów
    2. BPomnożysz ją przez n
    3. CPodzielisz ją przez d
    4. DWstawisz ją do wzoru E = mc²
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź A: Obliczysz ΔE = hc/λ i porównasz z różnicą poziomów – Energia fotonu to ΔE = hc/λ; zgodność z różnicą poziomów potwierdza model.

  8. Co widać pośrodku, w rzędzie n = 0?

    1. ATylko fiolet
    2. BJasny prążek bez rozszczepienia (barwa lampy)
    3. CCiemność
    4. DTylko czerwień
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź B: Jasny prążek bez rozszczepienia (barwa lampy) – Dla n = 0 sin α = 0 dla każdej długości fali, więc wszystkie barwy nakładają się w jednym miejscu.

Cały dział „Fizyka atomowa (rozszerzenie)”: ściąga i próbny sprawdzian →

Kartkówka albo sprawdzian już blisko?

Rozwiąż quiz z wynikiem i powtórz materiał na fiszkach. Każda odpowiedź ma wyjaśnienie, a postęp zapisuje się bez zakładania konta.

Więcej: Fizyka, klasa 4