Laboratoriotyön häiriö saippuakalvoissa. Valon häiriö- ja diffraktioilmiön laboratoriotyön havainnointi

Tavoite: tarkkaile valon interferenssiä ja diffraktiota.

Instrumentit ja tarvikkeet:

lasilevyt 2 kpl.

läpät kapron tai cambric 1 kpl.

Valaistu filmi aukolla 1 kpl.

valmistettu partakoneen terällä 1kpl.

gramofonilevy (tai gramofonilevyn fragmentti) 1 kpl.

jarrusatula 1kpl.

lamppu suoralla hehkulangalla (yksi koko ryhmälle) 1 kpl.

värikynät 6 kpl.

Työn valmistuminen:

1. Tarkkailemme häiriökuviota:

2. Pyyhi lasilevyt varovasti, laita ne yhteen ja purista sormillasi.

3. Tutkimme levyjä heijastuneessa valossa tummaa taustaa vasten.

4. Joissakin paikoissa, joissa levyt joutuvat kosketuksiin, havaitaan kirkkaita irisoivia rengasmaisia ​​tai epäsäännöllisen muotoisia raitoja.

5. Havaitsemme muutoksia saatujen interferenssireunojen muodossa ja sijainnissa paineen muutoksen myötä.

6. Näemme häiriökuvion läpäisevässä valossa ja piirrämme sen.

Kuva 1. Häiriökuvio.

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

Kuva 2. Häiriökuvio.

8. Tarkkailemme diffraktiokuviota:

9. Asennamme jarrusatulan leukojen väliin 0,5 mm leveän raon.

10. Laitamme raon lähelle silmää ja asetamme sen pystysuoraan.

11. Katsoessamme raon läpi lampun pystysuoraan sijoitettuun valohehkulankaan, havaitsemme sateenkaariraitoja (diffraktiospektrejä) hehkulangan molemmilla puolilla.

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

13. Piirrä diffraktiokuvio.

Kuva 3. Diffraktiokuvio.

14. Tarkkailemme diffraktiospektrejä läpäisevässä valossa nailon- tai kambrisilla, valaistulla kalvolla, jossa on rako ja piirrämme ne raporttiin.

Kuva 4. Diffraktiokuvio.

Johtopäätös:

Vastaukset kontrollikysymyksiin:

Laboratoriotyö numero 17.

Aihe: Valoaallon pituuden määrittäminen diffraktiohilan avulla.

Tavoite: Valon aallonpituuden määritys diffraktiohilan avulla.

Instrumentit ja tarvikkeet:

laite valoaallon pituuden määrittämiseen 1kpl.

diffraktiosäleikkö 1kpl.

valonlähde 1kpl.

Työn valmistuminen:

1. Asennamme asennuksen ohjeen kuvan 1.1 mukaisesti.

Kuva 1. Asennuskaavio valoaallon pituuden määrittämiseksi.

2. Asetamme asteikon suurimmalle etäisyydelle diffraktiohilasta ja suuntaamme asennuksen valonlähteeseen, jolloin saadaan diffraktiospektri =

3. Määritä säteen siirtymä raosta spektrin violetin osan keskelle

4. Laske violettien säteiden valon aallonpituuden arvo kaavalla:

5. Toistamme kokeen diffraktiospektrin vihreälle, punaiselle värille ja laskemme vihreän ja punaisen säteen valon aallonpituuden kaavojen avulla:

6. Vertaamme saatuja arvoja ohjeen kohdan 3 keskimääräisiin taulukkoarvoihin ja laskemme suhteellisen mittausvirheen kaavoilla:

Laboratoriotyö nro 11. Valon interferenssi- ja diffraktioilmiön havainnointi.
Työn tarkoitus: tutkia kokeellisesti valon interferenssi- ja diffraktioilmiötä, tunnistaa näiden ilmiöiden esiintymisolosuhteet ja valoenergian jakautumisen luonne avaruudessa.
Varusteet: sähkölamppu suoralla hehkulangalla (yksi per luokka), kaksi lasilevyä, PVC-putki, lasi saippualiuoksella, lankarengas kahvalla, jonka halkaisija on 30 mm, terä, paperinauha ¼ arkki, nailonkangas 5x5 cm, diffraktiorile, valosuodattimet .

Lyhyt teoria
Häiriö ja diffraktio ovat ilmiöitä, jotka ovat luonteenomaisia ​​kaiken luonteisille aalloille: mekaanisille, sähkömagneettisille. Aaltohäiriö on kahden (tai useamman) aallon yhteenlaskua avaruudessa, jossa sen eri kohdissa saadaan tuloksena olevan aallon vahvistus tai heikkeneminen. Häiriöitä havaitaan, kun sama valonlähde säteilee päällekkäin aaltoja, jotka saapuivat tiettyyn pisteeseen eri tavoin. Vakaan häiriökuvion muodostamiseksi tarvitaan koherentteja aaltoja - aaltoja, joilla on sama taajuus ja vakio vaihe-ero. Koherentteja aaltoja voidaan saada ohuille oksidikalvoille, rasvalle, kahden toisiaan vasten painetun läpinäkyvän lasin väliseen ilmakiilarakoon.
Tuloksena olevan siirtymän amplitudi pisteessä C riippuu aaltojen reitin erosta etäisyydellä d2 - d1.
[ Lataa tiedosto nähdäksesi kuvan ] Maksimi (värähtelyjen vahvistus) ehto: aaltojen reitin ero on yhtä suuri kuin parillinen määrä puoliaaltoja
jossa k = 0; ± 1; ±2; ± 3;
[ Lataa tiedosto nähdäksesi kuvan ] Aallot lähteistä A ja B tulevat pisteeseen C samoissa vaiheissa ja "vahvistavat toisiaan.
Jos polkuero on yhtä suuri kuin pariton määrä puoliaaltoja, aallot heikentävät toisiaan ja niiden kohtaamispisteessä havaitaan minimi.

[ Lataa tiedosto katsellaksesi kuvaa ][ Lataa tiedosto katsellaksesi kuvaa ]
Kun valo häiritsee, tapahtuu valoaaltojen energian spatiaalinen uudelleenjakauma.
Diffraktio on ilmiö, jossa aallon poikkeama suoraviivaisesta etenemisestä kulkee pienten reikien läpi ja pyöristää pieniä esteitä aallon vaikutuksesta.
Diffraktio selitetään Huygens-Fresnel-periaatteella: jokaisesta aallon saavuttaman esteen pisteestä tulee koherenttien toisioaaltojen lähde, jotka etenevät esteen reunojen yli ja häiritsevät toisiaan muodostaen vakaan häiriökuvion - vuorotellen. Valaistusmaksimit ja -minimit, värikkäitä valkoisessa valossa. Diffraktion ilmenemisen ehto: Esteiden (reikien) mittojen tulee olla pienempiä tai suhteessa aallonpituuteen Diffraktiota havaitaan ohuilla filamenteilla, naarmuilla lasilla, paperiarkin pystysuorassa viillossa, ripsissä , vesipisaroilla huurtuneella lasilla, jääkiteillä pilvessä tai lasilla, hyönteisten kitiinisen peitteen harjaksilla, lintujen höyhenillä, CD-levyillä, käärepaperilla., Diffraktiorilassa.,
Diffraktiohila on optinen laite, joka on jaksoittainen rakenne, joka koostuu useista säännöllisesti järjestetyistä elementeistä, joille valo taittuu. Iskut, joiden profiili on määritelty ja vakio tietylle diffraktiohilalle, toistetaan saman aikavälin d (hilajakso) ajan. Diffraktiohilan kyky hajottaa siihen tuleva valonsäde aallonpituuksiksi on sen pääominaisuus. Siinä on heijastavia ja läpinäkyviä diffraktiohitiloja. Nykyaikaisissa laitteissa käytetään pääasiassa heijastavia diffraktiohiloja.

Edistyminen:
Tehtävä 1. A) Häiriöiden havainnointi ohuella kalvolla:
Kokemus 1. Kasta lankarengas saippualiuokseen. Lankarenkaaseen muodostuu saippuakalvo.
Aseta se pystysuoraan. Havaitsemme vaaleita ja tummia vaakasuuntaisia ​​raitoja, joiden leveys ja väri muuttuvat kalvon paksuuden muuttuessa. Tarkastele kuvaa valosuodattimen läpi.
Kirjoita ylös kuinka monta vyöhykettä havaitaan ja kuinka värit niissä vaihtuvat?
Kokemus 2. Puhalla saippuakupla PVC-putkella ja tutki se huolellisesti. Valkoisella valolla valaistuna tarkkaile spektriväreillä maalattujen interferenssipisteiden muodostumista Tarkastele kuvaa valosuodattimen läpi.
Mitkä värit näkyvät kuplassa ja miten ne vaihtelevat ylhäältä alas?
B) Ilmakiilan aiheuttaman häiriön havaitseminen:
Kokemus 3. Pyyhi kaksi lasilevyä varovasti, laita yhteen ja purista sormillasi. Kosketuspintojen muodon epäideaalisuuden vuoksi levyjen väliin muodostuu ohuimmat ilmatyhjät - nämä ovat ilmakiiloja, niissä esiintyy häiriöitä. Kun levyjä puristava voima muuttuu, ilmakiilan paksuus muuttuu, mikä johtaa häiriömaksimien ja -minimien sijainnin ja muodon muutokseen ja tarkastele kuvaa sitten valosuodattimen läpi.
Piirrä mitä näet valkoisessa valossa ja mitä näet suodattimen läpi.

Johtopäätös: Miksi interferenssiä esiintyy, kuinka selittää häiriökuvion maksimien väri, joka vaikuttaa kuvion kirkkauteen ja väriin.

Tehtävä 2. Valon diffraktion havainnointi.
Kokemus 4. Leikkaamme terällä raon paperiarkkiin, laitamme paperia silmiimme ja katsomme raon läpi valonlähdelamppuun. Tarkkailemme valon maksimi- ja minimiarvoja ja tarkastelemme sitten kuvaa valosuodattimen läpi.
Piirrä diffraktiokuvio valkoisessa valossa ja yksivärisessä valossa.
Muotoilemalla paperia pienennämme raon leveyttä, tarkkailemme diffraktiota.
Kokemus 5. Harkitse valonlähde-lamppua diffraktiohilan läpi.
Miten diffraktiokuvio on muuttunut?
Kokemus 6. Katso nailonkankaan läpi valaisevan lampun lankaa. Kääntämällä kangasta akselin ympäri saadaan aikaan selkeä diffraktiokuvio kahden suorassa kulmassa ristikkäisen diffraktionauhan muodossa.
Piirrä havaittu diffraktioristi. Selitä tämä ilmiö.
Tee johtopäätös: miksi diffraktiota tapahtuu, miten selittää maksimien väri diffraktiokuvion, mikä vaikuttaa kuvan kirkkauteen ja väriin.
Kontrollikysymykset:
Mitä yhteistä on interferenssi/erenssiilmiön ja diffraktioilmiön välillä?
Mitkä aallot voivat antaa vakaan häiriökuvion?
Miksi oppilaiden pöydällä ei ole luokkahuoneen kattoon ripustettujen lamppujen aiheuttamaa häiriökuviota?

6. Kuinka selittää kuun ympärillä olevat värilliset ympyrät?

Liitetyt tiedostot

Tavoite : tutkia valon interferenssin ja diffraktion ominaispiirteitä.

Edistyminen

1. Nylon ristikko

Olemme tehneet hyvin yksinkertaisen laitteen valon diffraktion tarkkailuun kotioloissa. Tätä varten käytettiin diakehyksiä, pala erittäin ohutta nylonmateriaalia ja Moment-liimaa.

Tämän seurauksena meillä on erittäin laadukas kaksiulotteinen diffraktiohila.

Nailonlangat sijaitsevat toisistaan ​​valon aallonpituuden mittojen suuruusluokan etäisyydellä. Siksi tämä nylonkangas antaa melko selkeän diffraktiokuvion. Lisäksi, koska avaruudessa olevat kierteet leikkaavat suorassa kulmassa, saadaan kaksiulotteinen hila.

2. Maitopinnoite

Maitoliuosta valmistettaessa yksi teelusikallinen maitoa laimennetaan 4-5 ruokalusikallisella vettä. Sitten pöydälle asetetaan alustaksi valmistettu puhdas lasilevy, muutama tippa liuosta levitetään sen yläpinnalle, levitetään ohuella kerroksella koko pinnalle ja annetaan kuivua useita minuutteja. Sen jälkeen levy asetetaan reunaan, valuttamalla liuoksen jäännökset, ja lopuksi kuivataan vielä muutaman minuutin ajan kaltevassa asennossa.

3. Päällystäminen lykopodiumilla

Pisara kone- tai kasviöljyä levitetään puhtaan lautasen pinnalle (voit käyttää rasvaa, margariinia, voita tai vaseliinia), levitetään ohuella kerroksella ja pyyhi öljytty pinta varovasti puhtaalla liinalla.

Sen päälle jäävä ohut rasvakerros toimii liimapohjana. Tälle pinnalle kaadetaan pieni määrä (ripaus) lycopodiumia, lautasta kallistetaan 30 astetta ja jauhe kaadetaan sen pohjalle napauttamalla reunaa sormella. Irtoamisalueella jää leveä jälki melko homogeenisena lycopodium-kerroksena.

Muuta levyn kaltevuutta, toista tämä toimenpide useita kertoja, kunnes koko levyn pinta on peitetty vastaavalla kerroksella. Tämän jälkeen ylimääräinen jauhe kaadetaan pois asettamalla lautanen pystysuoraan ja lyömällä sen reunaa pöytään tai muuhun kovaan esineeseen.

Lykopodiumin pallomaisille hiukkasille (sammaleen itiöille) on ominaista vakiohalkaisija. Tällainen pinnoite, joka koostuu valtavasta määrästä läpikuultamattomia palloja, joilla on sama halkaisija d satunnaisesti jakautuneina läpinäkyvän substraatin pinnalle, on samanlainen kuin pyöreän reiän diffraktiokuvion intensiteettijakauma.

Johtopäätös:

Valon häiriötä havaitaan:

1) Saippuakalvojen käyttäminen lankakehyksessä tai tavallisissa saippuakuplissa;

2) Erityinen laite "Newtonin rengas".

Valon diffraktiohavainto:

I. Maitomainen pinnoite ja lykopodium edustavat luonnollista diffraktiohilaa, koska lykopodiumin maitohiukkaset ja itiöt ovat kooltaan lähellä valon aallonpituutta. Kuva on melko kirkas ja selkeä, jos katsot näitä valmisteita läpi kirkkaassa valonlähteessä.

II. Diffraktiohila on laboratorioinstrumentti, jonka resoluutio on 1/200 ja jonka avulla voit tarkkailla valon diffraktiota valkoisessa ja monovalossa.

III. Jos katsot kirkasta valonlähdettä, joka tuiskahtaa omien ripsien läpi, voit myös tarkkailla diffraktiota.

IV. Lintujen höyhen (ohuin villi) Voidaan käyttää myös diffraktiohilana, koska sälköiden ja niiden koon välinen etäisyys on suhteessa valon aallonpituuteen.

V. Laserlevy on heijastava diffraktiohila, jonka urat sijaitsevat niin lähellä, että ne muodostavat ylitettävän esteen valoaaltolle.

VI. Erityisesti tätä laboratoriotyötä varten valmistamamme nailonritilä on kankaan ohuuden ja kuitujen läheisyyden vuoksi hyvä kaksiulotteinen diffraktioritilä.

Aihe: Valon häiriö- ja diffraktioilmiöiden havainnointi.

Tavoite: 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 luonteen aallolle: mekaanisille, sähkömagneettisille. Aaltohäiriö on kahden (tai useamman) aallon yhteenlaskua avaruudessa, jossa sen eri kohdissa saadaan tuloksena olevan aallon vahvistus tai heikkeneminen. Vakaan häiriökuvion muodostamiseksi tarvitaan koherentteja (sovitettuja) aaltolähteitä. Koherentit aallot ovat aaltoja, joilla on sama taajuus ja vakio vaihe-ero.

Maksimiehdot Δd = ±kλ, vähimmäisehdot, Δd = ± (2k + 1)λ/2 missä k =0; ± 1; ±2; ± 3;...(ero aaltojen reitillä 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. Häiriöiden alueella 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 pyöristää pieniä esteitä aallon vaikutuksesta. Diffraktion ilmentymisen ehto: d< λ, missä d- esteen koko, λ - aallonpituus. Esteiden (reikien) mittojen on oltava pienempiä tai suhteessa aallonpituuteen. Tämän ilmiön (diffraktion) olemassaolo rajoittaa geometrisen optiikan lakien ulottuvuutta ja on syy optisten instrumenttien rajoittavaan resoluutioon. Diffraktiohila on optinen laite, joka on jaksoittainen rakenne suuresta määrästä säännöllisesti järjestetyistä elementeistä, joille valo taittuu. Vetoja, joiden profiili on määritelty ja vakio tietylle diffraktiohilalle, toistetaan säännöllisin väliajoin d(hilajakso). Diffraktiohilan kyky hajottaa siihen tuleva valonsäde aallonpituuksiksi on sen pääominaisuus. Siinä on heijastavia ja läpinäkyviä diffraktiohitiloja. Nykyaikaisissa laitteissa käytetään pääasiassa heijastavia diffraktiohiloja. Edellytys diffraktiomaksimin havaitsemiselle: d sin(φ) = ± kλ

Ohjeita työhön

1. Kasta lankakehys saippualiuokseen. Tarkkaile ja piirrä häiriökuvio saippuakalvoon. Kun kalvo valaistaan ​​valkoisella valolla (ikkunasta tai lampusta), vaaleat raidat ovat värillisiä: ylhäällä - sininen, alareuna - punainen. Puhalla saippuakupla lasiputkella. Varo häntä. Valkoisella valolla valaistuna havaitaan värillisten häiriörenkaiden muodostumista. Kun kalvon paksuus pienenee, renkaat laajenevat ja liikkuvat alaspäin.

Vastaa kysymyksiin:

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

2. Pyyhi lasilevyt perusteellisesti, laita ne yhteen ja purista sormillasi. Kosketuspintojen ei-ideaalisesta muodosta johtuen levyjen väliin muodostuu ohuimmat ilmaraot, jotka muodostavat kirkkaat värikkäitä rengasmaisia ​​tai suljettuja epäsäännöllisen muotoisia raitoja. Kun levyjä puristava voima muuttuu, nauhojen sijainti ja muoto muuttuvat sekä heijastuneessa että läpäisevässä valossa. Piirrä näkemäsi kuvat.

Vastaa kysymyksiin:

1. Miksi levyjen eri kosketuskohdissa havaitaan kirkkaasti värikkäitä rengasmaisia ​​tai epäsäännöllisen muotoisia raitoja?
2. Miksi saatujen 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 nailonkankaan läpi palavan lampun hehkulankaa. Kääntämällä kangasta akselin ympäri saadaan aikaan selkeä diffraktiokuvio kahden suorassa kulmassa ristikkäisen diffraktionauhan muodossa. Piirrä havaittu diffraktioristi.

5. Tarkkaile kahta diffraktiokuviota, kun tutkit palavan lampun hehkulankaa jarrusatulat leukojen muodostaman raon läpi (raon leveys 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 kokeissasi häiriöilmiö havaittiin? diffraktio?

LAB #4

VALON DIIFRAKTIOILMIÖN TUTKIMUS.

Oppitunnin oppimistavoite: Valon diffraktioilmiö diffraktiohilassa on käytössä spektrilaitteissa ja mahdollistaa spektrin näkyvän alueen aallonpituuksien määrittämisen. Lisäksi diffraktiolakien tuntemus mahdollistaa optisten instrumenttien erotuskyvyn määrittämisen. Röntgendiffraktio mahdollistaa kappaleiden rakenteen määrittämisen säännöllisellä atomijärjestelyllä ja määrittää kappaleiden rakenteen säännönmukaisuuden rikkomisesta aiheutuvat viat ilman tuhoa.

pohjamateriaalia: Työn onnistuneen suorittamisen ja toimituksen kannalta on välttämätöntä tuntea 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, Ch.3, s.74-121.

Tulon ohjaus: Laboratoriotyöhön valmistautumista ohjataan laaditun laboratoriotyömuodon mukaisesti yleisten vaatimusten ja kysymyksiin annettujen vastausten mukaisesti:

1. Miksi diffraktiohila hajottaa hehkulampusta tulevan valon spektriksi?

2. Millä etäisyydellä diffraktiohilasta on parempi tarkkailla diffraktiota?

3. Millainen spektri sillä on, jos hehkulamppu on suljettu vihreällä lasilla?

4. Miksi mittaukset pitää tehdä vähintään kolme kertaa?

5. Miten spektrin järjestys määritetään?

6. Mikä spektrin väri on lähempänä rakoa ja miksi?

Instrumentit ja tarvikkeet: Diffraktiohila,

Teoreettinen johdanto ja tausta:

Mikä tahansa isotrooppisessa (homogeenisessa) väliaineessa etenevä aalto, jonka ominaisuudet eivät muutu pisteestä toiseen, säilyttää etenemissuuntansa. Anisotrooppisessa (epähomogeenisessa) väliaineessa, jossa ne kokevat aallon kulun aikana 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 suunnasta.

Diffraktiota tapahtuu missä tahansa paikallisessa aaltorintaman, amplitudin tai vaiheen muutoksessa. Tällaisia ​​muutoksia voivat aiheuttaa läpinäkymättömät tai osittain läpinäkyvät esteet aallon reitillä (näytöt) tai väliaineen osia, joilla on erilainen taitekerroin (vaihelevyt).

Yhteenvetona sanotusta voimme muotoilla seuraavan:

Ilmiö, jossa valoaallot poikkeavat suoraviivaisesta etenemisestä, kun ne kulkevat reikien ohi ja lähellä ruutujen 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 on tarpeen ottaa huomioon aaltorintaman kaarevuus, puhutaan Fresnel-diffraktio. Fresnel-diffraktiolla esteen diffraktiokuva havaitaan näytöllä;

Jos aaltorinteet ovat tasaisia ​​(säteet ovat yhdensuuntaisia) ja diffraktiokuvio havaitaan äärettömän suurelta etäisyydeltä (tähän käytetään linssejä), puhumme Fraunhoferin diffraktio.

Tässä artikkelissa diffraktioilmiötä käytetään määrittämään valon aallonpituus.

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

Tarkastellaan aaltoja, jotka etenevät tason AB pisteistä suuntaan, joka muodostaa jonkin kulman alkuperäisen kanssa (kuva 2). Jos näiden säteiden reitille asetetaan tason AB suuntainen linssi, säteet suppenevat taittumisen jälkeen jossain linssin polttotasossa sijaitsevan näytön pisteessä M ja häiritsevät toisiaan (piste O on objektiivin pääpainopiste). Pudotetaan 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 keiloilla. Näiden säteiden interferenssin laskemiseen käytämme Fresnel-vyöhykemenetelmää. Tee tämä jakamalla linja BC mielessään segmenttien sarjaksi, joiden pituus on l/2. Etäisyydellä BC = a synti j sovi z = a×sin j/(0,5l) tällaisia ​​segmenttejä. Piirretään AC:n suuntaisia ​​viivoja näiden segmenttien päistä, kunnes ne kohtaavat AB, jaamme rakoaallon etuosan saman levyisiksi nauhoiksi, nämä nauhat ovat tässä tapauksessa Fresnel-vyöhykkeet.

Yllä olevasta konstruktiosta seuraa, että kummaltakin kahdelta viereiseltä Fresnel-vyöhykkeeltä tulevat aallot saapuvat pisteeseen M vastakkaisissa vaiheissa ja kumoavat toisensa. Jos tällä rakenteella vyöhykkeiden määrä tulee olemaan jopa, sitten 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=">.

Näin ollen, kun raon reunoista tulevien säteiden kulku on yhtä suuri kuin parillinen määrä puoliaaltoja, havaitsemme näytöllä tummia raitoja. Niiden välisillä aikaväleillä havaitaan valaistuksen maksimiarvot. Ne vastaavat kulmia, joihin aaltorintama on jaettu outo 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"> ) 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 outo puoliaaltojen lukumäärä. Tämän seurauksena nämä säteet antavat häiritsevästi minimaalisen valaistuksen näytölle, eli saavutetaan ehto (1). Toimittuaan samalla tavalla äärimmäisiltä Fresnel-vyöhykkeiltä tuleville säteille, klo outo 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 jo ensimmäinen minimi vastaa hyvin pientä poikkeamaa suoraviivaisesta etenemisestä kulmassa. Siksi näytölle saamme geometrisen kuvan raosta, jota reunustavat ohuet vuorottelevat tummat ja vaaleat raidat.

Kirkas diffraktio korkeuksia ja alamäet havaitaan vain välitapauksessa, kun raon leveys a sopii useille Fresnel-vyöhykkeille.

Kun rako on valaistu ei-monokromaattisilla ( valkoinen) valolla eri värien diffraktiopiikki poikkeaa. Mitä pienempi l, sitä pienemmät kulmat, joissa diffraktiomaksimit havaitaan. Kaikenväriset säteet tulevat näytön keskelle siten, että reittiero on nolla keskellä oleva kuva on valkoinen. Oikealla ja vasemmalle keskimaksimista, diffraktio spektrit ensimmäinen, toinen ja jne. d. Tilaus.

Diffraktiohila

Diffraktiomaksimien intensiteetin lisäämiseksi ei käytetä yhtä rakoa, vaan diffraktiohilaa.

Diffraktiohila on sarja saman levyisiä yhdensuuntaisia ​​rakoja a, erotettu läpinäkymättömällä leveydellä b. Summa a+ b = d olla nimeltään ajanjaksoa tai pysyvä diffraktiohila.

Diffraktiohilat valmistetaan lasille tai metallille (jälkimmäisessä tapauksessa hilaa kutsutaan heijastavaksi). Jakokoneen avulla levitetään ohuimmalla timanttikärjellä sarja samanleveisiä ja tasaisin etäisyyksillä toisistaan ​​olevia ohuita yhdensuuntaisia ​​vetoja. Tässä tapauksessa valoa kaikkiin suuntiin sirottavat vedot näyttelevät läpinäkymättömiä rakoja, ja levyn koskemattomat paikat ovat halkeamia. Viivojen määrä 1 mm:ä kohti joissakin ritiloissa on 2000.

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

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

Verrattuna yhden raon diffraktioon ehto on muuttunut päinvastaiseksi:

Maksimien tyydyttävä ehto (3) kutsutaan pää. Minimien sijainti ei muutu, koska ne suunnat, joita pitkin yksikään rakoista ei lähetä valoa, eivät vastaanota sitä edes N raon kohdalla.

Lisäksi ovat mahdollisia suunnat, joissa eri rakojen lähettämä valo sammuu (tuhoutuu keskenään). Yleisessä tapauksessa N raosta diffraktiossa muodostuu seuraavat:

1) pää korkeuksia

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

3) lisääalamäet.

Täällä, kuten ennenkin, a– aukon leveys;

d = a + b on diffraktiohilan jakso.

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

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

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

Työmääräys:

Harjoitus 1. Valon aallonpituuden määrittäminen diffraktiohilan avulla.

1. Siirrä asteikkoa raolla asettaaksesi diffraktiohilan tietylle etäisyydelle "y" raosta.

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

3. Mittaa etäisyys nollamaksimin ja nollaykkösen oikealla puolella olevan ensimmäisen maksimin välillä - x1, nollamaksimin ja nollaykkösen vasemmalla puolella olevan ensimmäisen maksimin välillä - x2. Etsi ja määritä annettua intensiteettimaksimia vastaava kulma j. Mittaukset tulee tehdä violetin, vihreän ja punaisen värin maksimiarvoille 1., 2. ja 3. kertaluvun spektreissä kolmelle "y"-arvolle. Esimerkiksi varten y 1 = 15, y 2 = 20 ja y 3 = 30 cm.

4. Tietäen hilavakion ( d\u003d 0,01 mm) ja kulma j, jossa havaitaan tietyn värin ja järjestyksen enimmäisintensiteetti, etsi aallonpituus l kaavalla:

Tässä k otettu modulo.

5. Laske absoluuttinen virhe spektrin violettia, vihreää ja punaista aluetta vastaaville aallonpituuksille.

6. Merkitse mittausten ja laskelmien tulokset taulukkoon.

Hallitse kysymyksiä ja tehtäviä.

1. Mikä on diffraktioilmiö?

2. Mitä eroa on Fresnel-diffraktiolla ja Fraunhofer-diffraktiolla?

3. Muotoile Huygens-Fresnel-periaate.

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

5. Mitä Fresnel-vyöhykkeet ovat?

6. Mitkä ehdot on täytettävä, jotta diffraktiota voidaan havaita?

7. Kuvaile diffraktiota yhdestä raosta.

8. Diffraktio diffraktiohilassa. Mikä on perustavanlaatuinen ero tämän tapauksen ja yhden raon diffraktiolla?

9. Kuinka määrittää diffraktiospektrien enimmäismäärä tietylle diffraktiohilalle?

10. Miksi ominaisuudet, kuten kulmadispersio ja resoluutio, otetaan käyttöön?