Fysiikka interferenssin havainnointi. Laboratoriotyön häiriö- ja valon diffraktioilmiön havainnointi. ”Valon diffraktion havainnointi kapealla raolla”

Laboratoriotyöt № 13

Aihe: "Valon interferenssin ja diffraktion havainnointi"

Työn tarkoitus: kokeellisesti tutkia interferenssin ja diffraktion ilmiötä.

Laitteet: sähkölamppu suoralla hehkulankalla (yksi per luokka), kaksi lasilevyä, lasiputki, lasi saippualiuoksella, lankarengas kahvalla halkaisijaltaan 30 mm, CD, paksuus, nylonkangas.

Teoria:

Häiriö on ilmiö, joka on luonteenomainen minkä tahansa luonteisille aalloille: mekaanisille, sähkömagneettisille.

Aaltohäiriöt – kahden (tai useamman) aallon lisäys avaruuteen, jossa tuloksena oleva aalto vahvistuu tai heikkenee eri kohdissa.

Häiriöitä havaitaan yleensä, kun saman valonlähteen lähettämät aallot asettuvat päällekkäin ja saapuvat tiettyyn pisteeseen eri tavoin. On mahdotonta saada häiriökuviota kahdesta riippumattomasta lähteestä, koska molekyylit tai atomit lähettävät valoa erillisinä aaltojonoina toisistaan ​​riippumatta. Atomit lähettävät valoaaltojen fragmentteja (junia), joissa värähtelyvaiheet ovat satunnaisia. Junat ovat noin metrin pituisia. Eri atomien aaltojonot menevät päällekkäin. Syntyvien värähtelyjen amplitudi muuttuu kaoottisesti ajan myötä niin nopeasti, että silmä ei ehdi aistia tätä muutosta kuvioissa. Siksi ihminen näkee tilan tasaisesti valaistuna. Vakaan häiriökuvion muodostamiseksi tarvitaan koherentit (sovitetut) aaltolähteet.

Johdonmukainen kutsutaan aaltoja, joilla on sama taajuus ja vakio vaihe-ero.

Tuloksena olevan siirtymän amplitudi pisteessä C riippuu aaltoreittien erosta etäisyydellä d2 – d1.

Maksimi kunto

, (Δd = d 2 - d 1 )

Jossa k = 0; ± 1; ± 2; ± 3 ;…

(ero aaltoreitissä on yhtä suuri kuin parillinen määrä puoliaaltoja)

Aallot lähteistä A ja B saapuvat pisteeseen C samoissa vaiheissa ja "vahvistavat toisiaan".

φ A =φ B - värähtelyvaiheet

Δφ=0 - vaihe-ero

A = 2X max

Minimi kunto

, (Δd = d 2 - d 1)

Jossa k = 0; ± 1; ± 2; ± 3;…

(ero aaltoreitissä on yhtä suuri kuin pariton määrä puoliaaltoja)

Aallot lähteistä A ja B saapuvat pisteeseen C vastavaiheessa ja "summuttavat toisensa".

φ A ≠φ B - värähtelyvaiheet

Δφ=π - vaihe-ero

A = 0 – tuloksena olevan aallon amplitudi.

Häiriökuvio– säännöllinen vuorottelu lisääntyneen ja vähentyneen valon intensiteetin alueilla.

Valon häiriöt– valosäteilyn energian tilallinen uudelleenjakauma, kun kaksi tai useampi valoaalto asetetaan päällekkäin.

Diffraktiosta johtuen valo poikkeaa sen lineaarisesta etenemisestä (esimerkiksi lähellä esteiden reunoja).

Diffraktio – ilmiö, jossa aallon poikkeama suoraviivaisesta etenemisestä kulkee pienten reikien läpi ja aalto taipuu pienten esteiden ympäri.

Diffraktiotila: d< λ , Missä d– esteen koko, λ - aallonpituus. Esteiden (reikien) mittojen on oltava pienempiä tai aallonpituuteen verrattavissa.

Tämän ilmiön (diffraktion) olemassaolo rajoittaa lakien soveltamisalaa geometrinen optiikka ja se on syy optisten instrumenttien resoluution rajalle.

Diffraktiohila– optinen laite, joka on jaksollinen rakenne suuri määrä säännöllisesti järjestetyt elementit, joissa valodiffraktio tapahtuu. Vedot, joilla on tietty ja vakioprofiili tietylle diffraktiohilalle, toistetaan samalla aikavälillä d(hilajakso). Diffraktiohilan kyky erottaa siihen tuleva valonsäde aallonpituuksien mukaan on sen pääominaisuus. Siinä on heijastavia ja läpinäkyviä diffraktiohitiloja. Nykyaikaisissa laitteissa käytetään pääasiassa heijastavia diffraktiohileitä..

Edellytys diffraktiomaksimin havaitsemiseksi:

d·sinφ=k·λ, Jossa k = 0; ± 1; ± 2; ± 3; d- hilajakso , φ - kulma, jossa maksimi havaitaan, ja λ - aallonpituus.

Maksimitilasta se seuraa sinφ=(k λ)/d.

Olkoon sitten k = 1 sinφcr =λcr/d Ja sinφ f =λ f /d.

Se tiedetään λ cr > λ f, siten sinφ kr>sinφ f. Koska y= sinφ f - toiminto siis lisääntyy φ cr >φ f

Siksi violetti diffraktiospektrissä sijaitsee lähempänä keskustaa.

Valon interferenssin ja diffraktion ilmiöissä noudatetaan energian säilymisen lakia. Häiriöalueella valoenergia vain jakautuu uudelleen ilman, että se muuttuu muun tyyppiseksi energiaksi. Energian lisäys interferenssikuvion joissakin kohdissa suhteessa kokonaisvaloenergiaan kompensoituu sen vähenemisellä muissa kohdissa (kokonaisvaloenergia on kahden riippumattomista lähteistä peräisin olevan valonsäteen valoenergia). Vaaleat raidat vastaavat energiamaksimia, tummat raidat vastaavat energiaminimejä.

Työn edistyminen:

Kokemus 1.Kasta lankarengas saippualiuokseen. Lankarenkaaseen muodostuu saippuakalvo.

Aseta se pystysuoraan. Havaitsemme vaaleita ja tummia vaakasuuntaisia ​​raitoja, joiden leveys muuttuu kalvon paksuuden muuttuessa.

Selitys. Vaaleiden ja tummien juovien esiintyminen selittyy kalvon pinnalta heijastuneiden valoaaltojen häiriöillä. kolmio d = 2h. Ero valoaaltojen reitillä on kaksinkertainen kalvon paksuuden verran. Pystysuoraan sijoitettuna kalvo on kiilan muotoinen. Ero valoaaltojen polussa sen yläosassa on pienempi kuin alaosassa. Niissä kalvon paikoissa, joissa reittiero on yhtä suuri kuin parillinen määrä puoliaaltoja, havaitaan vaaleita raitoja. Ja parittomalla määrällä puoliaaltoja - tummia raitoja. Raitojen vaakasuora sijoittelu selittyy saman kalvon paksuisten viivojen vaakajärjestelyllä.

Valaisimme saippuakalvon valkoisella valolla (lampusta). Huomaamme, että vaaleat raidat ovat värjätty spektriväreillä: sininen ylhäällä, punainen alhaalla.

Selitys. Tämä väritys selittyy valoraitojen sijainnin riippuvuudella tulevan värin aallonpituudesta.

Huomaamme myös, että raidat laajentavat ja säilyttävät muotonsa liikkuvat alaspäin.

Selitys. Tämä selittyy kalvon paksuuden pienenemisellä, kun saippualiuos virtaa alas painovoiman vaikutuksesta.

Kokemus 2. Puhalla saippuakupla lasiputkella ja tutki se huolellisesti. Kun valaistaan ​​valkoisella valolla, tarkkaile värillisten häiriörenkaiden muodostumista, jotka on värjätty spektriväreillä. Jokaisen valorenkaan yläreunassa on sininen, alempi on punainen. Kalvon paksuuden pienentyessä renkaat, jotka myös laajenevat, liikkuvat hitaasti alaspäin. Niiden rengasmainen muoto selittyy saman paksuisilla renkaan muotoisilla viivoilla.

Vastaa kysymyksiin:

1. Miksi saippuakuplat ovat sateenkaaren värisiä?
2. Minkä muotoisia sateenkaaren raidat ovat?
3. Miksi kuplan väri muuttuu koko ajan?

Kokemus 3. Pyyhi kaksi lasilevyä huolellisesti, aseta ne yhteen ja paina sormillasi yhteen. Kosketuspintojen epätäydellisestä muodosta johtuen levyjen väliin muodostuu ohuita ilmarakoja.

Kun valo heijastuu raon muodostavien levyjen pinnoilta, syntyy kirkkaita sateenkaariraitoja - renkaan muotoisia tai epäsäännöllinen muoto. Kun levyjä puristava voima muuttuu, nauhojen sijainti ja muoto muuttuvat. Piirrä näkemäsi kuvat.

Selitys: Levyjen pinnat eivät voi olla täysin tasaisia, joten ne koskettavat vain muutamissa paikoissa. Näiden paikkojen ympärille muodostuu erimuotoisia ohuita ilmakiiloja, jotka antavat kuvan häiriöistä. Läpäisevässä valossa maksimiehto on 2h=kl

Vastaa kysymyksiin:

1. Miksi levyjen kosketuskohdassa havaitaan kirkkaita sateenkaaren renkaan muotoisia tai epäsäännöllisen muotoisia raitoja?
2. Miksi häiriöhapsujen muoto ja sijainti muuttuvat paineen muuttuessa?

Kokemus 4.Katso huolellisesti CD-levyn pintaa (jolle äänitetään) eri kulmista.

Selitys: Diffraktiospektrien kirkkaus riippuu levylle kohdistettujen urien taajuudesta ja säteiden tulokulmasta. Lähes yhdensuuntaiset säteet, jotka tulevat lampun hehkulangasta, heijastuvat vierekkäisistä urien välisistä kuperoista pisteissä A ja B. Tulokulmaa vastaavassa kulmassa heijastuneet säteet muodostavat kuvan lampun hehkulangasta valkoisen viivan muodossa. Muissa kulmissa heijastuvilla säteillä on tietty polkuero, jonka seurauksena tapahtuu aallonlisäystä.

Mitä sinä tarkkailet? Selitä havaitut ilmiöt. Kuvaile häiriökuviota.

CD-levyn pinta on spiraaliraita, jonka sävelkorkeus on oikeassa suhteessa aallonpituuteen näkyvä valo. Diffraktio- ja interferenssiilmiöt ilmaantuvat hienorakenteiselle pinnalle. CD-levyjen häikäisyssä on sateenkaariväri.

Kokemus 5. Siirrämme jarrusatulaa, kunnes leukojen väliin muodostuu 0,5 mm leveä rako.

Asetamme sienien viistetyn osan silmän lähelle (asettamalla rako pystysuoraan). Tämän raon läpi katsomme palavan lampun pystysuoraa hehkulankaa. Havaitsemme sen kanssa samansuuntaisia ​​sateenkaariraitoja langan molemmilla puolilla. Muutamme raon leveyttä 0,05 - 0,8 mm. Siirtyessään kapeampiin rakoihin nauhat siirtyvät erilleen, levenevät ja muodostavat erottuvia spektrejä. Leveimmästä raosta tarkasteltuna raidat ovat hyvin kapeita ja sijaitsevat lähellä toisiaan. Piirrä kuva, jonka näit muistikirjaasi. Selitä havaitut ilmiöt.

Kokemus 6. Katso nailonkankaan läpi palavan lampun hehkulankaa. Pyörittämällä kangasta akselinsa ympäri saadaan aikaan selkeä diffraktiokuvio kahden suorassa kulmassa ristikkäisen diffraktiojuovan muodossa.

Selitys: Diffraktion maksimi näkyy kuoren keskellä valkoinen. Kohdassa k=0 aaltoreittien ero on nolla, joten keskimaksimi on valkoinen. Risti muodostuu, koska kankaan langat ovat kaksi diffraktiohilaa, jotka on taitettu yhteen keskenään kohtisuoralla rakolla. Spektrivärien esiintyminen selittyy sillä, että valkoinen valo koostuu eripituisista aalloista. Valon diffraktiomaksimi eri aallonpituuksille saadaan eri paikoissa.

Piirrä havaittu diffraktioristi. Selitä havaitut ilmiöt.

Kirjaa johtopäätös. Ilmoita, missä suorittamassasi kokeessa häiriöilmiö havaittiin ja missä diffraktio.

Turvakysymykset:

1. Mikä on valo?
2. Kuka osoitti, että valo on sähkömagneettista aaltoa?
3. Mitä kutsutaan valon interferenssiksi? Mitkä ovat häiriön enimmäis- ja vähimmäisehdot?
4. Voivatko kahdesta hehkulampusta tuleva valoaallot häiritä? Miksi?
5. Mikä on valon diffraktio?
6. Riippuuko päädiffraktiomaksimien sijainti hilan rakojen lukumäärästä?

Oppitunnin tavoite:

• tee yhteenveto aiheesta "Valon häiriöt ja diffraktio";
• jatkaa opiskelijoiden kokeellisten taitojen muodostumista;
• soveltaa teoreettista tietoa luonnonilmiöiden selittämiseen;
• edistää kiinnostusta fysiikkaan ja prosesseihin tieteellinen tieto;
• laajentaa opiskelijoiden näköaloja, kehittää kykyä tehdä johtopäätöksiä kokeen tulosten perusteella.

Laitteet:

• suora hehkulamppu (yksi luokkaa kohti);
• lankarengas kahvalla (teokset nro 1, 2);
• lasi saippualiuoksella (teokset nro 1, 2);
• lasilevyt (40 x 60 mm) 2 kpl per sarja (työ nro 3) (kotitekoiset laitteet);
• jarrusatula (työ nro 4);
• nylonkangas (100 x 100 mm, kotitekoiset varusteet, työ nro 5);
• gramofonilevyt (4 ja 8 vetoa 1 mm:ssä, työ nro 6);
• CD-levyt (teos nro 6);
• valokuvia hyönteisistä ja linnuista (työ nro 7).

Oppitunnin edistyminen

I. Tietojen päivittäminen aiheesta "Valon häiriöt" (tutkitun materiaalin toisto).

Opettaja: Ennen kokeellisten tehtävien suorittamista käymme läpi päämateriaalin.

Mitä ilmiötä kutsutaan interferenssin ilmiöksi?

Mille aalloille on ominaista interferenssiilmiö?

Määrittele koherentit aallot.

Kirjoita muistiin häiriömaksimien ja -minimien ehdot.

Noudatetaanko häiriöilmiöissä energian säilymisen lakia?

Opiskelijat (vastausehdotukset):

– Häiriö on ilmiö, joka on ominaista kaikenlaisille aalloille: mekaanisille, sähkömagneettisille. "Aaltohäiriö on kahden (tai useamman) aallon yhteenlaskua avaruudessa, jossa eri kohdissa tuloksena oleva aalto vahvistuu tai heikkenee."

– Vakaan häiriökuvion muodostamiseksi tarvitaan koherentit (sovitetut) aaltolähteet.

– Aaltoja, joilla on sama taajuus ja vakio vaihe-ero, kutsutaan koherentiksi.

– Oppilaat kirjoittavat taululle maksimi- ja minimiehdot.

Tuloksena olevan siirtymän amplitudi pisteessä C riippuu aaltoreittien erosta etäisyyden päässä d 2 – d 1 .

Kuva 1 – maksimiolosuhteet	Kuva 2 – vähimmäisehdot
, () jossa k = 0; ± 1; ± 2; ± 3;… (ero aaltoreitissä on yhtä suuri kuin parillinen määrä puoliaaltoja) Aallot lähteistä S 1 ja S 2 saapuvat pisteeseen C samoissa vaiheissa ja "vahvistavat toisiaan". Värähtelyvaiheet Vaiheero	, () jossa k = 0; ± 1; ± 2; А=2Х max – tuloksena olevan aallon amplitudi. (ero aaltoreitissä on yhtä suuri kuin pariton määrä puoliaaltoja) Aallot lähteistä S 1 ja S 2 saapuvat pisteeseen C samoissa vaiheissa ja "vahvistavat toisiaan". Värähtelyvaiheet Aallot lähteistä S 1 ja S 2 saapuvat pisteeseen C vastavaiheessa ja "summuttavat toisensa".

A=0 – tuloksena olevan aallon amplitudi.

Häiriökuvio on lisääntyneen ja vähentyneen valon intensiteetin alueiden säännöllinen vuorottelu.

– Valon interferenssi on valosäteilyn energian spatiaalinen uudelleenjakauma, kun kaksi tai useampia valoaaltoja asetetaan päällekkäin.

Näin ollen valon interferenssin ja diffraktion ilmiöissä noudatetaan energian säilymisen lakia. Häiriöalueella valoenergia vain jakautuu uudelleen ilman, että se muuttuu muun tyyppiseksi energiaksi. Energian lisäys interferenssikuvion joissakin kohdissa suhteessa kokonaisvaloenergiaan kompensoituu sen vähenemisellä muissa kohdissa (kokonaisvaloenergia on kahden riippumattomista lähteistä peräisin olevan valonsäteen valoenergia).

Vaaleat raidat vastaavat energiamaksimia, tummat raidat vastaavat energiaminimejä.

Opettaja: Siirrytään oppitunnin käytännön osaan.

Kokeellinen työ nro 1

"Valon häiriöilmiön havainnointi saippuakalvolla." Varusteet: lasit saippualiuoksella, lankarenkaat kahvalla, jonka halkaisija on 30 mm. ()

katso kuva 3

Oppilaat tarkkailevat häiriöitä pimennetyssä luokkahuoneessa tasaisella saippuakalvolla yksivärisessä valaistuksessa.

Saamme saippuakalvon lankarenkaaseen ja asetamme sen pystysuoraan. Havaitsemme vaaleita ja tummia vaakasuuntaisia ​​raitoja, joiden leveys muuttuu kalvon paksuuden muuttuessa ().

Selitys. Vaaleiden ja tummien juovien esiintyminen selittyy kalvon pinnalta heijastuneiden valoaaltojen häiriöillä. kolmio d = 2h

Ero valoaaltojen reitillä on kaksinkertainen kalvon paksuuden verran.

Pystysuoraan sijoitettuna kalvo on kiilan muotoinen. Ero valoaaltojen polussa sen yläosassa on pienempi kuin alaosassa. Niissä kalvon paikoissa, joissa reittiero on yhtä suuri kuin parillinen määrä puoliaaltoja, havaitaan vaaleita raitoja. Ja parittomalla määrällä puoliaaltoja - vaaleat raidat. Raitojen vaakasuora sijoittelu selittyy saman kalvon paksuisten viivojen vaakajärjestelyllä.

4. Valaise saippuakalvo valkoisella valolla (lampusta).

5. Tarkkaile valojuovien värjäytymistä spektriväreissä: sininen ylhäällä, punainen alhaalla.

Selitys. Tämä väritys selittyy valoraitojen sijainnin riippuvuudella tulevan värin aallonpituudesta.

6. Huomaamme myös, että raidat laajenevat ja säilyttävät muotonsa liikkuvat alaspäin.

Selitys. Tämä selittyy kalvon paksuuden pienenemisellä, kun saippualiuos virtaa alas painovoiman vaikutuksesta.

Kokeellinen työ nro 2

"Valon häiriön havainnointi saippuakuplassa."

1. Opiskelijat puhaltavat saippuakuplia (Katso kuva 5).

2. Tarkkailemme spektriväreillä värjättyjen häiriörenkaiden muodostumista sen ylä- ja alaosissa. Jokaisen valorenkaan yläreuna on sininen, alareuna punainen. Kalvon paksuuden pienentyessä renkaat, jotka myös laajenevat, liikkuvat hitaasti alaspäin. Niiden rengasmainen muoto selittyy saman paksuisilla renkaan muotoisilla viivoilla.

Kokeellinen työ nro 3.

"Valon häiriön havainnointi ilmafilmissä"

Oppilaat laittavat puhtaat lasilevyt yhteen ja puristavat niitä sormillaan (ks. kuva nro 6).

Levyt katsotaan heijastuneessa valossa tummaa taustaa vasten.

Paikoin havaitaan kirkkaita sateenkaaren renkaan muotoisia tai suljettuja epäsäännöllisiä raitoja.

Muuta painetta ja tarkkaile raitojen sijainnin ja muodon muutosta.

Opettaja: Tämän työn havainnot ovat luonteeltaan yksilöllisiä. Piirrä havaitsemasi häiriökuvio.

Selitys: Levyjen pinnat eivät voi olla täysin tasaisia, joten ne koskettavat vain muutamissa paikoissa. Näiden paikkojen ympärille muodostuu erimuotoisia ohuita ilmakiiloja, jotka antavat kuvan häiriöistä. (Kuva nro 7).

Läpäisevässä valossa maksimiehto on 2h=kl

Opettaja: Rakentamisen ja koneenrakennuksen häiriö- ja polarisaatioilmiöllä tutkitaan yksittäisissä rakenteiden ja koneiden yksiköissä syntyviä jännityksiä. Tutkimusmenetelmää kutsutaan fotoelastiseksi. Esimerkiksi kun kappaleen malli deformoituu, orgaanisen lasin homogeenisuus häiriintyy. Interferenssikuvion luonne heijastaa kappaleen sisäisiä jännityksiä(Kuva nro 8) .

II. Tietojen päivittäminen aiheesta "Valon diffraktio" (tutkitun materiaalin toisto).

Opettaja: Ennen työn toisen osan suorittamista käydään läpi päämateriaali.

Mitä ilmiötä kutsutaan diffraktioilmiöksi?

Edellytys diffraktion ilmenemiselle.

Diffraktiohila, sen tyypit ja perusominaisuudet.

Edellytys diffraktiomaksimin havaitsemiseksi.

Miksi violetti väri on lähempänä häiriökuvion keskustaa?

Opiskelijat (vastausehdotukset):

Diffraktio on ilmiö, jossa aallon poikkeama suoraviivaisesta etenemisestä kulkee pienten reikien läpi ja taivutetaan pienten esteiden ympäri.

Diffraktion ilmentymisen ehto: d < , Missä d– esteen koko, – aallonpituus. Esteiden (reikien) mittojen on oltava pienempiä tai aallonpituuteen verrattavissa. Tämän ilmiön (diffraktion) olemassaolo rajoittaa geometrisen optiikan lakien soveltamisalaa ja on syynä optisten instrumenttien resoluution rajalle.

Diffraktiohila on optinen laite, joka on jaksollinen rakenne useista säännöllisesti järjestetyistä elementeistä, joissa valon diffraktio tapahtuu. Vedot, joilla on tietty ja vakioprofiili tietylle diffraktiohilalle, toistetaan samalla aikavälillä d(hilajakso). Diffraktiohilan kyky erottaa siihen tuleva valonsäde aallonpituuksien mukaan on sen pääominaisuus. Siinä on heijastavia ja läpinäkyviä diffraktiohileitä. Nykyaikaisissa laitteissa käytetään pääasiassa heijastavia diffraktiohileitä..

Edellytys diffraktiomaksimin havaitsemiselle:

Kokeellinen työ nro 4.

"Valon diffraktion tarkkailu kapealla raolla"

Varusteet: (cm piirustus nro 9)

1. Siirrämme jarrusatulaa, kunnes leukojen väliin muodostuu 0,5 mm leveä rako.
2. Asetamme sienien viistetyn osan silmän lähelle (kaula pystysuoraan).
3. Tämän raon läpi katsomme palavan lampun pystysuoraa hehkulankaa.
4. Havaitsemme sen kanssa samansuuntaisia ​​sateenkaariraitoja langan molemmilla puolilla.
5. Muutamme raon leveyttä 0,05 - 0,8 mm. Siirtyessään kapeampiin rakoihin nauhat siirtyvät erilleen, levenevät ja muodostavat erottuvia spektrejä.
6. Leveimmästä raosta tarkasteltuna raidat ovat hyvin kapeita ja sijaitsevat lähellä toisiaan.

Oppilaat piirtävät näkemänsä kuvan muistivihkoonsa.

Kokeellinen työ nro 5.

"Valon diffraktion havainnointi nailonkankaalla."

1. Varusteet: lamppu suoralla hehkulangalla, nailonkangas koko 100x100mm (Kuva 10)
2. Katsomme nailonkankaan läpi palavan lampun hehkulankaa.
3. Havaitsemme "diffraktioristiä" (kuva kahden suorassa kulmassa ristikkäisen diffraktiojuovan muodossa).

Oppilaat piirtävät näkemänsä kuvan (diffraktioristi) muistikirjaan.

Selitys: Valkoinen diffraktiomaksimi on näkyvissä kuoren keskellä. Kohdassa k=0 aaltoreittien ero on nolla, joten keskimaksimi on valkoinen.

Risti muodostuu, koska kankaan langat ovat kaksi diffraktiohilaa, jotka on taitettu yhteen keskenään kohtisuoralla rakolla. Spektrivärien esiintyminen selittyy sillä, että valkoinen valo koostuu eripituisista aalloista. Valon diffraktiomaksimi eri aallonpituuksille saadaan eri paikoissa.

Kokeellinen työ nro 6.

"Valon diffraktion havainnointi gramofonilevyllä ja laserlevyllä."

Varustus: suora hehkulamppu, gramofonilevy (katso kuva 11)

1. Gramofonilevy on hyvä diffraktiohila.
2. Asetamme levyn siten, että urat ovat yhdensuuntaiset lampun hehkulangan kanssa ja tarkkailemme diffraktiota heijastuneessa valossa.

Tarkkailemme usean luokan kirkkaita diffraktiospektrejä.

Selitys: Diffraktiospektrien kirkkaus riippuu tietueeseen käytettyjen urien taajuudesta ja säteiden tulokulmasta. (katso kuva 12)

Lähes yhdensuuntaiset säteet, jotka tulevat lampun hehkulangasta, heijastuvat vierekkäisistä urien välisistä kuperoista pisteissä A ja B. Tulokulmaa vastaavassa kulmassa heijastuneet säteet muodostavat kuvan lampun hehkulangasta valkoisen viivan muodossa. Muissa kulmissa heijastuneilla säteillä on tietty polkuero, jonka seurauksena tapahtuu aallonlisäystä.

Tarkastellaan diffraktiota laserlevyllä samalla tavalla. (katso kuva 13)

CD-levyn pinta on spiraalirata, jonka sävelkorkeus on oikeassa suhteessa näkyvän valon aallonpituuteen. Hienorakenteisella pinnalla esiintyy diffraktiota ja interferenssiä. CD-levyjen häikäisyssä on sateenkaariväri.

Kokeellinen työ nro 7.

Varusteet: (katso kuvat nro 14, 15, 16.)

Opettaja: Lintujen, perhosten ja kovakuoriaisten diffraktiovärjäys on hyvin yleistä luonnossa. Erilaisia ​​diffraktiovärien sävyjä on tunnusomaista riikinkukoille, fasaaneille, mustahaikaraille, hummingbirdille ja perhosille. Eläinten diffraktiovärjäystä tutkivat biologien lisäksi myös fyysikot.

Oppilaat katsovat valokuvia.

Selitys: Monien lintujen höyhenen ulkopinnalle ja perhosten ja kovakuoriaisten ylävartalon peitteelle on ominaista säännöllinen toistuminen yhdestä useisiin mikroneihin kuuluvien rakenneosien välillä, jotka muodostavat diffraktiohilan. Esimerkiksi riikinkukon hännän keskisilmien rakenne näkyy kuvassa 14. Silmien väri muuttuu sen mukaan, miten valo osuu niihin ja mistä kulmasta katsomme niitä.

Testikysymykset (jokainen opiskelija saa tehtävän sisältävän kortin - vastaa kysymyksiin kirjallisesti ):

1. Mikä on valo?
2. Kuka osoitti, että valo on sähkömagneettista aaltoa?
3. Mikä on valon nopeus tyhjiössä?
4. Kuka keksi valon interferenssin?
5. Mikä selittää ohuiden interferenssikalvojen sateenkaaren värin?
6. Voivatko kahdesta hehkulampusta tuleva valoaallot häiritä? Miksi?
7. Miksi paksu öljykerros ei ole sateenkaaren värinen?
8. Riippuuko päädiffraktiomaksimien sijainti hilan rakojen lukumäärästä?
9. Miksi saippuakalvon näkyvä sateenkaaren väri muuttuu koko ajan?

Kotitehtävä (ryhmissä ottaen huomioon opiskelijoiden yksilölliset ominaisuudet).

– Valmistele raportti aiheesta "Vavilov-paradoksi".

– Laadi ristisanatehtävät avainsanoilla "häiriö", "diffraktio".

Kirjallisuus:

1. Arabadzhi V.I. Hyönteisten diffraktiovärjäys / "Quantum" nro 2 1975
2. Volkov V.A. Fysiikan yleismaailmallinen oppitunti. 11. luokka. – M.: VAKO, 2006.
3. Kozlov S.A. Tietoja CD-levyjen joistakin optisista ominaisuuksista. / "Fysiikka koulussa" nro 1 2006
4. CD-levyt / "Fysiikka koulussa" nro 1 2006
5. Myakishev G.Ya., Bukhovtsev B.B. Fysiikka: Oppikirja. 11 luokalle
6. keskim. kouluun – M.: Koulutus, 2000.
7. Valmistaja V.A. Vavilovin paradoksi / "Kvantti" nro 2 1971
8. Fysiikka: Oppikirja. 11 luokalle keskim. kouluun / N.M.Shakhmaev, S.N.Shakhmaev, D.Sh.Shodiev. – M.: Koulutus, 1991. Fyysinen / “tietosanakirjasta Neuvostoliiton tietosanakirja
9. ", 1983 Etuosa laboratoriotunnit

Aihe: fysiikassa yleisten oppilaitosten luokilla 7 - 11: Kirja.

Työn tarkoitus: kokeellisesti tutkia interferenssin ja diffraktion ilmiötä.

Laitteet:

• lasit saippualiuoksella;
• lanka rengas kahvalla;
• nylon kangas;
• CD;
• hehkulamppu;
• jarrusatulat;
• kaksi lasilevyä;
• terä;
• pinsetit;
• nylon kangas.

Teoreettinen osa

Häiriö on ilmiö, joka on luonteenomainen minkä tahansa luonteisille aalloille: mekaanisille, sähkömagneettisille. Aaltohäiriö on kahden (tai useamman) aallon yhteenlaskua avaruudessa, jossa tuloksena oleva aalto vahvistuu tai heikkenee eri kohdissa. Vakaan häiriökuvion muodostamiseksi tarvitaan koherentit (sovitetut) aaltolähteet. Aaltoja, joilla on sama taajuus ja vakio vaihe-ero, kutsutaan koherentiksi.

Maksimiehdot Δd = ± kλ, vähimmäisehdot, Δd = ± (2k + 1)λ/2 missä k =0; ± 1; ± 2; ± 3;...(Aaltoreittien ero on yhtä suuri kuin parillinen määrä puoliaaltoja

Häiriökuvio on lisääntyneen ja vähentyneen valon intensiteetin alueiden säännöllinen vuorottelu. Valon interferenssi on valosäteilyn energian spatiaalinen uudelleenjakauma, kun kaksi tai useampi valoaalto asetetaan päällekkäin. Näin ollen valon interferenssin ja diffraktion ilmiöissä noudatetaan energian säilymisen lakia. Häiriöalueella valoenergia vain jakautuu uudelleen ilman, että se muuttuu muun tyyppiseksi energiaksi. Energian lisäys interferenssikuvion joissakin kohdissa suhteessa kokonaisvaloenergiaan kompensoituu sen vähenemisellä muissa kohdissa (kokonaisvaloenergia on kahden riippumattomista lähteistä peräisin olevan valonsäteen valoenergia).
Vaaleat raidat vastaavat energiamaksimia, tummat raidat vastaavat energiaminimejä.

Diffraktio on ilmiö, jossa aallon poikkeama suoraviivaisesta etenemisestä kulkee pienten reikien läpi ja taivutetaan pienten esteiden ympäri. Diffraktion ilmentymisen ehto: d< λ, Jossa d– esteen koko, λ - aallonpituus. Esteiden (reikien) mittojen on oltava pienempiä tai aallonpituuteen verrattavissa. Tämän ilmiön (diffraktion) olemassaolo rajoittaa geometrisen optiikan lakien soveltamisalaa ja on syynä optisten instrumenttien resoluution rajalle. Diffraktiohila on optinen laite, joka on jaksollinen rakenne useista säännöllisesti järjestetyistä elementeistä, joissa valon diffraktio tapahtuu. Vedot, joilla on tietty ja vakioprofiili tietylle diffraktiohilalle, toistetaan samalla aikavälillä d(hilajakso). Diffraktiohilan kyky erottaa siihen tuleva valonsäde aallonpituuksien mukaan on sen pääominaisuus. Siinä on heijastavia ja läpinäkyviä diffraktiohitiloja. Nykyaikaisissa laitteissa käytetään pääasiassa heijastavia diffraktiohileitä. Edellytys diffraktiomaksimin havaitsemiselle: d sin(φ) = ± kλ

Käyttöohjeet

1. Kasta lankakehys saippualiuokseen. Tarkkaile ja piirrä saippuakalvon häiriökuvio. Kun filmiä valaistaan ​​valkoisella valolla (ikkunasta tai lampusta), valoraidat värjäytyvät: ylhäällä sininen, alhaalta punainen. Puhalla saippuakupla lasiputkella. Pidä häntä silmällä. Valkoisella valolla valaistuna havaitaan värillisten häiriörenkaiden muodostumista. Kun kalvon paksuus pienenee, renkaat laajenevat ja liikkuvat alaspäin.

Vastaa kysymyksiin:

1. Miksi saippuakuplat ovat sateenkaaren värisiä?
2. Minkä muotoisia sateenkaaren raidat ovat?
3. Miksi kuplan väri muuttuu koko ajan?

2. Pyyhi lasilevyt huolellisesti, aseta ne yhteen ja purista niitä yhteen sormillasi. Kosketuspintojen ei-ideaalisesta muodosta johtuen levyjen väliin muodostuu ohuita ilmarakoja, jotka muodostavat kirkkaita irisoivia rengasmaisia ​​tai suljettuja epäsäännöllisen muotoisia raitoja. Kun levyjä puristava voima muuttuu, raitojen sijainti ja muoto muuttuvat sekä heijastuneessa että läpäisevässä valossa. Piirrä näkemäsi kuvat.

Vastaa kysymyksiin:

1. Miksi kirkkaita sateenkaarenvärisiä renkaan muotoisia tai epäsäännöllisen muotoisia raitoja havaitaan tietyissä paikoissa, joissa levyt koskettavat?
2. Miksi tuloksena olevien interferenssireunojen muoto ja sijainti muuttuvat paineen muutoksen myötä?

3. Aseta CD-levy vaakasuoraan silmien tasolle. Mitä sinä tarkkailet? Selitä havaitut ilmiöt. Kuvaile häiriökuviota.

4. Katso nylonkankaan läpi palavan lampun hehkulankaa. Pyörittämällä kangasta akselinsa ympäri saadaan aikaan selkeä diffraktiokuvio kahden suorassa kulmassa ristikkäisen diffraktiojuovan muodossa. Piirrä havaittu diffraktioristi.

5. Tarkkaile kahta diffraktiokuviota, kun tarkastelet palavan lampun hehkulankaa satulan leukojen muodostaman raon läpi (raon leveydellä 0,05 mm ja 0,8 mm). Kuvaa häiriökuvion luonteen muutos, kun jarrusatulaa pyöritetään tasaisesti pystyakselin ympäri (raon leveys 0,8 mm). Toista tämä koe kahdella terällä, painamalla ne toisiaan vasten. Kuvaile häiriökuvion luonnetta

Tallenna löydösi. Ilmoita, missä suorittamissasi kokeissa häiriöilmiö havaittiin? diffraktio?

Työn tarkoitus: tarkkaile valon interferenssiä ja diffraktiota.

Teoria.Valon häiriöt. Selkeimmin aallon ominaisuudet valo paljastuu interferenssin ja diffraktion ilmiöissä. Valon häiriö selittää värin saippuakuplia ja ohuita öljykalvoja veden päällä, vaikka saippualiuos ja öljy ovat värittömiä. Valoaallot heijastuvat osittain ohuen kalvon pinnalta ja siirtyvät osittain siihen. Toisella kalvon rajalla tapahtuu jälleen aaltojen osittainen heijastus (kuva 1). Ohutkalvon kahdesta pinnasta heijastuvat valoaallot kulkevat samaan suuntaan, mutta kulkevat eri polkuja.

Kuva 1.

Polkuerolle, joka on aallonpituuksien kokonaisluvun kerrannainen:

havaitaan häiriömaksimi.

Erolle l, joka on puoliaaltojen parittoman lukumäärän kerrannainen:

, (2)

havaitaan häiriöminimi. Kun maksimiehto täyttyy yhdelle valon aallonpituudelle, se ei täyty muille aallonpituuksille. Siksi ohut, väritön, läpinäkyvä kalvo näyttää värilliseltä, kun se valaistaan ​​valkoisella valolla. Kun kalvon paksuus tai valoaaltojen tulokulma muuttuu, reittiero muuttuu ja maksimiehto täyttyy valolle, jolla on eri aallonpituus.

Ohutkalvojen häiriöilmiötä käytetään pintakäsittelyn ja optiikan puhdistamisen laadun säätelyyn.

Valon diffraktio. Kun valo kulkee näytöllä olevan pienen reiän läpi, keskimmäisen valopisteen ympärillä havaitaan vuorotellen tummia ja vaaleita renkaita (kuva 2).

Kuva 2.

Jos valo kulkee kapean kohteen läpi, tuloksena oleva kuvio on esitetty kuvassa 3.

Kuva 3.

Ilmiötä, jossa valo poikkeaa suoraviivaisesta etenemissuunnasta ohittaessaan esteen reunalta, kutsutaan valon diffraktioksi.

Vuorottelevien vaaleiden ja tummien renkaiden ilmestymisen geometriselle varjoalueelle selitti ranskalainen fyysikko Fresnel sillä, että valoaallot saapuivat diffraktiosta eri pisteet reiät yhdessä kohdassa näytöllä häiritsevät toisiaan.

Laitteet ja tarvikkeet: lasilevyt - 2 kpl, nailon- tai kambriläpät, valotettu valokuvafilmi partakoneen terällä tehdyllä viillolla, gramofonilevy (tai gramofonilevyn fragmentti), jarrusatulat, lamppu suoralla hehkulangalla (yksi koko ryhmä), värikynät.

Työjärjestys:

1. Häiriöhavainto:

1.1. Pyyhi lasilevyt huolellisesti, taita ne yhteen ja purista niitä sormillasi.

1.2. Tarkasta levyt heijastuneessa valossa tummaa taustaa vasten (ne tulee sijoittaa niin, ettei lasin pinnalle muodostu liian kirkkaita heijastuksia ikkunoista tai valkoisista seinistä).

1.3. Joissakin paikoissa, joissa levyt koskettavat, voidaan havaita kirkkaita irisoivia rengasmaisia ​​tai epäsäännöllisen muotoisia raitoja.

1.4. Huomaa muutokset tuloksena olevien häiriöreunojen muodossa ja sijainnissa paineen muutoksilla.

1.5. Yritä nähdä häiriökuvio läpäisevässä valossa ja luonnostele se protokollaan.

1.6. Harkitse häiriökuviota, kun valo osuu CD-levyn pintaan, ja piirrä se protokollaan.

2. Diffraktiohavainto:

2.1. Aseta 0,5 mm leveä rako satulan leukojen väliin.

2.2. Aseta rako lähellä silmää ja aseta se vaakasuoraan.

2.3. Katsomalla raon läpi vaakasuoraan sijoitettuun valaisevaan hehkulankaan, tarkkaile sateenkaariraitoja (diffraktiospektrejä) hehkulangan molemmilla puolilla.

2.4. Muuttamalla raon leveyttä 0,5 mm:stä 0,8 mm:iin huomaa kuinka tämä muutos vaikuttaa diffraktiospektreihin.

2.5. Piirrä diffraktiokuvio protokollaan.

2.6. Tarkkaile diffraktiospektrejä läpäisevässä valossa nailon- tai kambriläpän avulla.

2.7. Piirrä havaitut häiriö- ja diffraktiokuviot.

3. Tee johtopäätös tehdystä työstä.

4. Vastaa turvakysymyksiin.

Turvakysymykset:

1. Miten koherentit valoaallot tuotetaan?

2. Mistä fyysiset ominaisuudet Aiheuttavatko valoaallot värieroja?

3. Kiven osumisen jälkeen läpinäkyvää jäätä ilmaantuu halkeamia, jotka hohtavat kaikissa sateenkaaren väreissä. Miksi?

4. Mitä näet, kun katsot hehkulamppua linnun höyhenen läpi?

5. Miten prisman assimiloidut spektrit eroavat diffraktiospektreistä?

LABORATORIOTYÖ nro 17.

LABORATORIOTYÖ nro 4

VALON DIIFRAKTIOILIMEN TUTKIMUS.

Oppitunnin oppimistavoite: Diffraktiohilan valodiffraktioilmiötä käytetään spektrilaitteissa ja sen avulla voidaan määrittää aallonpituuksia spektrin näkyvällä alueella. Lisäksi diffraktiolakien tuntemus mahdollistaa optisten instrumenttien erotuskyvyn määrittämisen. Röntgendiffraktio mahdollistaa kappaleiden rakenteen määrittämisen säännöllisellä atomijärjestelyllä ja havaita vikoja, jotka aiheutuvat kappaleiden rakenteen säännöllisyyden rikkomisesta ilman tuhoa.

Pohjamateriaali: Työn suorittamiseksi ja läpäisemiseksi onnistuneesti sinun on tiedettävä aaltooptiikan lait.

Valmistautuminen oppitunnille:

Fysiikan kurssi: 2. painos, 2004, ch. 22, s. 431-453.

, "Yleisen fysiikan kurssi", 1974, §19-24, s. 113-147.

Fysiikan kurssi. 8. painos, 2005, §54–58, s. 470–484.

Optiikka ja atomifysiikka, 2000,: luku 3, s. 74-121.

Saapuva ohjaus: Laboratoriotyöhön valmistautumista ohjataan laaditun laboratoriotyölomakkeen mukaan yleiset vaatimukset ja vastauksia kysymyksiin:

1. Miksi diffraktiohila jakaa hehkulampun valon spektriksi?

2. Millä etäisyydellä diffraktiohilasta on parasta tarkkailla diffraktiota?

3. Miltä spektri näyttää, jos hehkulamppu on peitetty vihreällä lasilla?

4.Miksi mittaukset pitää tehdä vähintään kolme kertaa?

5.Miten spektrin järjestys määritetään?

6. Mikä spektrin väri sijaitsee lähempänä rakoa ja miksi?

Laitteet ja tarvikkeet: Diffraktiohila,

Teoreettinen johdanto ja tausta:

Mikä tahansa isotrooppisessa (homogeenisessa) väliaineessa etenevä aalto, jonka ominaisuudet eivät muutu pisteestä toiseen, säilyttää etenemissuunnan. Anisotrooppisessa (epähomogeenisessa) väliaineessa, jossa aallot kulkevat läpi ne kokevat epätasaisia ​​amplitudin ja vaiheen muutoksia aaltorintaman pinnalla, etenemisen alkuperäinen suunta muuttuu. Tätä ilmiötä kutsutaan diffraktioksi. Diffraktio on luontaista minkä tahansa luonteisille aalloille, ja käytännössä ilmenee valon etenemissuunnan poikkeamana suoraviivaisesta.

Diffraktiota tapahtuu minkä tahansa paikallisen aaltorintaman, amplitudin tai vaiheen muutoksen yhteydessä. Tällaisia ​​muutoksia voivat aiheuttaa läpinäkymättömät tai osittain läpinäkyvät esteet aallon reitillä (näytöt) tai väliaineen osia, joilla on erilainen taitekerroin (faasilevyt).

Yhteenvetona siitä, mitä on sanottu, voimme muotoilla seuraavan:

Ilmiö, jossa valoaallot poikkeavat suoraviivaisesta etenemisestä, kun ne kulkevat reikien läpi ja lähellä näyttöjen reunoja, on ns. diffraktio.

Tämä ominaisuus on luontainen kaikille aalloille luonteesta riippumatta. Pohjimmiltaan diffraktio ei eroa häiriöstä. Kun lähteitä on vähän, niiden yhteisen toiminnan tulosta kutsutaan interferenssiksi, ja jos lähteitä on paljon, puhutaan diffraktiosta. Diffraktio erotetaan toisistaan ​​riippuen etäisyydestä, josta aalto havaitaan kohteen takana, jossa diffraktio tapahtuu Fraunhofer tai Fresnel:

· jos diffraktiokuvio havaitaan rajallisella etäisyydellä diffraktiota aiheuttavasta kohteesta ja aaltorintaman kaarevuus on otettava huomioon, niin puhutaan Fresnel-diffraktio. Fresnel-diffraktion aikana se havaitaan näytöllä diffraktiokuva esteet;

· jos aaltorinteet ovat tasaisia ​​(rinnakkaissäteet) ja diffraktiokuvio havaitaan äärettömän suurelta etäisyydeltä (tähteen käytetään linssejä), me puhumme O Fraunhofer-diffraktio.

IN tämä työ Diffraktioilmiötä käytetään valon aallonpituuden määrittämiseen.

A". Kun aaltorintama saavuttaa raon ja ottaa aseman AB (kuva 1), niin kuvan 2 Huygensin periaatteen mukaan kaikki tämän aaltorintaman pisteet ovat aaltorintaman liikesuunnassa etenevien pallomaisten toisioaaltojen koherentteja lähteitä.

Tarkastellaan aaltoja, jotka etenevät AB-tason pisteistä suuntaan, joka muodostaa tietyn kulman alkuperäisen kanssa (kuva 2). Jos näiden säteiden reitille sijoitetaan tason AB suuntainen linssi, säteet suppenevat taittumisen jälkeen jossain linssin polttotasossa sijaitsevan näytön pisteessä M ja häiritsevät toisiaan (piste O on linssin pääpainopiste). Lasketaan kohtisuora AC pisteestä A valitun säteen suuntaan. Tällöin AC-tasolta ja edelleen linssin polttotasolle rinnakkaiset säteet eivät muuta reittieroaan.

Reittiero, joka määrää häiriöolosuhteet, esiintyy vain polulla alkurintamasta AB tasoon AC ja on erilainen eri säteillä. Näiden säteiden interferenssin laskemiseen käytämme Fresnel-vyöhykemenetelmää. Voit tehdä tämän jakamalla linja BC mielessään useisiin segmentteihin, joiden pituus on l/2. Etäisyydellä BC = a synti j sopii z = a×sin j/(0,5l) tällaisia ​​segmenttejä. Piirretään AC:n suuntaisia ​​viivoja näiden segmenttien päistä, kunnes ne kohtaavat kohdan AB, jaamme rakoaallonrintaman useisiin samanleveisiin kaistaleisiin, nämä nauhat näkyvät tässä tapauksessa Fresnel-vyöhykkeet.

Yllä olevasta konstruktiosta seuraa, että kahdesta vierekkäisestä Fresnel-vyöhykkeestä tulevat aallot saapuvat pisteeseen M vastakkaisissa vaiheissa ja kumoavat toisensa. Jos tällä rakenteella vyöhykkeiden määrä se käy ilmi jopa, niin jokainen vierekkäisten vyöhykkeiden pari kumoaa toisensa tietyssä kulmassa näytöllä tahtoa minimi valaistus

https://pandia.ru/text/80/353/images/image005_9.gif" width="25" height="14 src=">.

Siten, jos raon reunoista tulevien säteiden kulkureitti on yhtä suuri kuin parillinen määrä puoliaaltoja, havaitsemme näytöllä tummia raitoja. Niiden välisillä aikaväleillä havaitaan maksimivalaistus. Ne vastaavat kulmia, joihin aaltorintama murtuu outoa määrä Fresnel-vyöhykkeet https://pandia.ru/text/80/353/images/image007_9.gif" width="143" height="43 src="> , (2)

jossa k = 1, 2, 3, … ,https://pandia.ru/text/80/353/images/image008_7.gif" align="left" width="330" height="219">Kaavat (1 ) ja (2) voidaan saada, ja jos käytämme suoraan laboratoriotyön nro 66 häiriöolosuhteita. Todellakin, jos otamme kaksi sädettä viereisiltä Fresnel-vyöhykkeiltä ( jopa vyöhykkeiden lukumäärä), niin niiden välinen polkuero on yhtä suuri kuin puolet aallonpituudesta, eli outoa puoliaaltojen määrä. Tämän seurauksena nämä säteet tarjoavat häiritsemällä minimaalisen valaistuksen näytölle, eli saavutetaan ehto (1). Tee sama äärimmäisiltä Fresnel-alueilta tuleville säteille outoa vyöhykkeiden lukumäärä saadaan kaava (2).

https://pandia.ru/text/80/353/images/image010_7.gif" width="54" height="55 src=">.

· Jos rako on hyvin kapea (<< l), то вся поверхность щели является лишь небольшой частью зоны Френеля, и колебания от всех точек ее будут по любому направлению распространяться почти в одинаковой фазе. В результате во всех точках экран будет очень слабо равномерно освещен. Можно сказать, что свет через щель практически не проходит.

· Jos rako on erittäin leveä ( a>> l), silloin ensimmäinen minimi vastaa jo hyvin pientä poikkeamaa suoraviivaisesta etenemisestä kulmassa. Siksi näytölle saamme geometrisen kuvan raosta, jota reunustavat ohuet vuorottelevat tummat ja vaaleat raidat.

Kirkas diffraktio korkeuksia Ja minimit havaitaan vain välitapauksessa, kun raon leveydellä a useita Fresnel-vyöhykkeitä mahtuu.

Kun valaisee rakoa ei-monokromaattisilla ( valkoinen) valolla eri värien diffraktiomaksimit poikkeavat toisistaan. Mitä pienempi l, sitä pienemmät kulmat, joissa diffraktiomaksimit havaitaan. Kaikkien värien säteet saapuvat näytön keskelle polkuerolla, joka on nolla, joten keskellä oleva kuva on valkoinen. Oikein Ja vasemmalle diffraktiokuvioita havaitaan keskimaksimista spektrit ensimmäinen, toinen Ja jne.. tilata.

Diffraktiohila

Diffraktiomaksimien intensiteetin lisäämiseksi he eivät käytä yhtä rakoa, vaan diffraktiohilaa.

Diffraktiohila on sarja saman levyisiä yhdensuuntaisia ​​rakoja a, erotettu läpinäkymättömällä leveysvälillä b. Summa a+ b = d soitti ajanjaksoa tai vakio diffraktiohila.

Diffraktiohilat valmistetaan lasille tai metallille (jälkimmäisessä tapauksessa hilaa kutsutaan heijastavaksi hilaksi). Ohuimmalla timanttikärjellä jakokoneella tehdään sarja ohuita samanleveisiä yhdensuuntaisia ​​vetoja, jotka sijaitsevat yhtä etäisyydellä toisistaan. Tässä tapauksessa valoa kaikkiin suuntiin sirottavat vedot toimivat läpinäkymättöminä tiloina ja levyn koskemattomat alueet rakoina. Viivojen määrä per 1 mm joissakin ritiloissa on 2000.

Tarkastellaan diffraktiota N raosta. Kun valo kulkee identtisten rakojen järjestelmän läpi, diffraktiokuvio muuttuu huomattavasti monimutkaisemmaksi. Tässä tapauksessa säteet taittuu eri raot, limittyvät linssin polttotasossa ja häiritä keskenään. Jos rakojen lukumäärä on N, niin N sädettä häiritsee toisiaan. Diffraktion seurauksena muodostumisehto diffraktiomaksimit ottaa muodon

https://pandia.ru/text/80/353/images/image014_4.gif" width="31" height="14 src=">. (3)

Yksirakoiseen diffraktioon verrattuna ehto on muuttunut päinvastaiseksi:

Maxima tyydyttävä ehto (3) kutsutaan pää. Minimien asento ei muutu, koska ne suunnat, joissa mikään rakoista ei lähetä valoa, eivät vastaanota sitä edes N raolla.

Lisäksi on mahdollisia suuntia, joissa eri rakojen lähettämä valo sammuu (tuhoaa toisiaan). Yleensä diffraktio N raosta tuottaa:

1) pää korkeuksia

https://pandia.ru/text/80/353/images/image017_4.gif" width="223" height="25">;

3) lisääminimit.

Täällä, kuten ennenkin, a– aukon leveys;

d = a + b– diffraktiohilan jakso.

Kahden päämaksimin välissä on N–1 lisäminimiä, jotka erotetaan toissijaisilla maksimilla (kuva 5), ​​joiden intensiteetti on merkittävästi vähemmän intensiteettiä tärkeimmät maksimit.

Annettu 0 " style="margin-left:5.4pt;border-collapse:collapse">

Diffraktiohilan resoluutio l/Dl kuvaa hilan kykyä erottaa valaistusmaksimit kahdelle aallonpituudelle l1 ja l2, jotka ovat lähellä toisiaan tietyssä spektrissä. Tässä Dl = l2 – l1. Jos l/Dl > kN, silloin l1:n ja l2:n valaistusmaksimia ei ole ratkaistu k:nnen kertaluvun spektrissä.

Työjärjestys:

Harjoitus 1. Valon aallonpituuden määrittäminen diffraktiohilan avulla.

1. Siirtämällä asteikkoa raolla, aseta diffraktiohila tietylle etäisyydelle "y" raosta.

2. Etsi 1., 2., 3. asteen spektrit nollamaksimin molemmilta puolilta.

3. Mittaa etäisyys nollamaksimin ja ensimmäisen sen vieressä olevan maksimin välillä oikea puoli nollasta - x1, nollamaksimin ja kuvan 6 vasemmalla puolella olevan ensimmäisen maksimin välillä nolla - x2. Etsi ja määritä tätä maksimiintensiteettiä vastaava kulma j. Mittaukset tulee tehdä violetin, vihreän ja punaisen värin maksimiarvoille 1., 2. ja 3. asteen spektreissä kolmelle "y" arvolle. Esimerkiksi varten y 1 = 15, y 2 = 20 ja y 3 = 30 cm.

4. Tietäen hilavakion ( d= 0,01 mm) ja kulma j, jossa havaitaan tietyn värin ja järjestyksen maksimivoimakkuus, laske aallonpituus l kaavalla:

Tässä k otettu modulo.

5. Laske absoluuttinen virhe löydetyille aallonpituuksille, jotka vastaavat spektrin violettia, vihreää ja punaista aluetta.

6. Syötä mittausten ja laskelmien tulokset taulukkoon.

värit	y,m	k	x 1 ,m	x 2 , m	m	l, nm	, nm	D l, nm
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Punainen		1
2
	1
2
	1
2

1	2	3	4	5	6	7	8	9
Vihreä		1
2
	1
2
	1
2
Violetti		1
2
	1
2
	1
2

Testikysymykset ja -tehtävät.

1. Mikä on diffraktioilmiö?

2. Miten Fresnel-diffraktio eroaa Fraunhofer-diffraktiosta?

3. Muotoile Huygens-Fresnel-periaate.

4. Miten diffraktiota voidaan selittää Huygens-Fresnel-periaatteella?

5. Mitä Fresnel-vyöhykkeet ovat?

6. Mitkä ehdot on täytettävä, jotta diffraktio havaitaan?

7. Kuvaile diffraktiota yhdestä raosta.

8. Diffraktio diffraktiohilan avulla. Missä perustavanlaatuinen ero tämä tapaus diffraktiosta yhdessä raossa?

9. Kuinka määrittää diffraktiospektrien enimmäismäärä tietylle diffraktiohilalle?

10. Miksi sellaiset ominaisuudet kuin kulmadispersio ja resoluutio otetaan käyttöön?