Häiriöt laboratoriotyössä saippuakalvoissa. Laboratoriotyön havainnot häiriöiden ja valon diffraation ilmiöstä

Tavoite: tarkkaile valon häiriöitä ja diffraktiota.

Laitteet ja tarvikkeet:

lasilevy 2kpl.

nylon- tai kambriisiläpät 1 kpl.

valaistu elokuva raolla 1kpl.

valmistettu partaterällä 1kpl.

gramofonilevy (tai fragmentti gramofonitallenteesta) 1kpl.

vernier paksuus 1kpl.

lamppu suoralla hehkulangalla (yksi koko ryhmälle) 1kpl.

värikynät 6kpl.

Työn valmistuminen:

1. Tarkkailemme häiriökuviota:

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

3. Tarkastele levyjä heijastuneessa valossa tummaa taustaa vasten.

4. Joissakin levyjen kosketuspaikoissa havaitsemme kirkkaita irisoivia rengasmaisia \u200b\u200btai epäsäännöllisen muotoisia raitoja.

5. Huomaa muutokset tuloksena olevien häiriöiden reunojen muodossa ja sijainnissa paineen muuttuessa.

6. Näemme häiriökuvion läpäisyssä valossa ja luonnostelemme sen.

Kuva 1. Häiriökuvio.

7. Harkitse häiriökuviota, kun valo osuu CD-levyn pintaan ja luonnostele sitä protokollassa.

Kuva 2. Häiriökuvio.

8. Tarkkaile diffraktiokuviota:

9. Asenna paksuus 0,5 mm: n jarrusatulan leukojen väliin.

10. Laitamme raon lähelle silmää asettamalla sen pystysuoraan.

11. Tarkastelemalla lampun pystysuoraan sijaitsevan hehkulangan rakoa, havaitsemme sateenkaaren raitoja hehkulangan molemmilla puolilla (diffraktiospektrit).

12. Vaihtelemalla raon leveyttä välillä 0,5 - 0,8 mm, huomaa, kuinka tämä muutos vaikuttaa diffraktiospektriin.

13. Piirrä diffraktiokuvio.

Kuva 3. Diffraktiokuvio.

14. Tarkkailemme diffraktiospektriä läpäisyssä valossa käyttämällä nailonista tai kambrista valmistettuja, valaistuja valokuvafilmejä, joissa on rako, ja vedämme ne raporttiin.

Kuva 4. Diffraktiokuvio.

lähtö:

Vastaukset turvallisuuskysymyksiin:

Laboratoriotyö nro 17.

Aihe: Valoaallon pituuden määrittäminen diffraktiohilan avulla.

Tavoite: Valon aallonpituuden määrittäminen diffraktioratiolla.

Laitteet ja tarvikkeet:

laite valoaallon pituuden määrittämiseksi 1kpl.

diffraktioristikko 1 kpl.

valonlähde 1kpl.

Työn valmistuminen:

1. Asennuksen kokoaminen ohjeiden kuvan 1.1 avulla.

Kuva 1. Kaavio valon aallonpituuden määrittämistä koskevista järjestelyistä.

2. Asetimme asteikon suurimmalle etäisyydelle difraktion ritilästä ja ohjaamme asennuksen valonlähteeseen, saaden diffraktion spektrin \u003d

3. Määritä säteen siirtyminen raosta spektrin violetin osan keskelle

4. Laskemme violettijen säteiden aallonpituuden arvon kaavalla:

5. Toistamme koe diffraktiospektrin vihreän, punaisen värin suhteen ja lasketaan vihreiden ja punaisten säteiden valoaallon aallonpituus kaavoilla:

6. Vertaa saatuja arvoja menetelmäohjeiden 3 kohdan taulukon keskiarvoihin ja laske suhteellinen mittausvirhe seuraavilla kaavoilla:

Laboratoriotyö nro 11. Valon häiriöiden ja diffraktion ilmiön havainnointi.
Työn tarkoitus: tutkia kokeellisesti valon häiriöiden ja diffraktion ilmiötä, paljastaa näiden ilmiöiden esiintymisolosuhteet ja valon energian jakautumisen luonne avaruudessa.
Varustus: sähkölamppu, jossa on suora hehkulanka (yksi luokkaa kohden), kaksi lasilevyä, PVC-putki, lasi saippualiuosta, lankarengas, jonka kahva on halkaisijaltaan 30 mm, terä, paperinauha ј arkki, nailonkangas 5x5 cm, diffraktiohila, valosuodattimet ...

Lyhyt teoria
Häiriöt ja diffraktio ovat ilmiöitä, jotka ovat ominaisia \u200b\u200bkaikenlaisille aalloille: mekaaniset, sähkömagneettiset. Aaltointerferenssi on kahden (tai useamman) aallon lisäys avaruudessa, jolloin saadaan avaruuden eri kohdissa tuloksena olevan aallon vahvistus tai heikentyminen. Häiriöitä esiintyy, kun saman valolähteen lähettämät aallot ovat päällekkäin ja saapuvat tiettyyn pisteeseen eri tavoin. Vakaan häiriökuvion muodostamiseksi tarvitaan koherentteja aaltoja - aaltoja, joilla on sama taajuus ja vakio vaihe-ero. Koherentteja aaltoja voidaan saada ohuilla oksidikalvoilla, rasvoilla, ilmakiilavälillä kahden läpinäkyvän lasin välillä, jotka on puristettu toisiaan vasten.
Tuloksena olevan siirtymän amplitudi pisteessä C riippuu aaltopolun erosta etäisyydellä d2 - d1.
[Lataa tiedosto nähdäksesi kuvan] Maksimiehto - (värähtelyjen vahvistus): aaltopolun ero on yhtä suuri kuin puoliaaltojen lukumäärä.
missä k \u003d 0; ± 1; ± 2; ± 3;
[Lataa tiedosto nähdäksesi kuvan] Lähteistä A ja B tulevat aallot tulevat pisteeseen C samoissa vaiheissa ja “vahvistavat toisiaan.
Jos reittiero on yhtä suuri kuin pariton määrä puoliaalloja, niin aallot heikentävät toisiaan ja niiden kokoontumispaikassa tarkkaillaan minimi.

[Lataa tiedosto nähdäksesi kuvan] [Lataa tiedosto nähdäksesi kuvan]
Valon häiriöt johtavat valoaaltojen energian spatiaaliseen jakautumiseen.
Diffraktio on ilmiö, joka aallon poikkeaa suoraviivaisesta etenemisestä, kun se kulkee pienten reikien läpi ja kulkee aallon läpi pienten esteiden läpi.
Diffraktio selitetään Huygens-Fresnel-periaatteella: jokaisesta esteen kohdasta, johon aolna on saavuttanut, tulee toissijaisten aaltojen lähde, koherentti, joka etenee esteen reunojen yli ja häiritsee toisiaan muodostaen vakaan häiriökuvion - vuorottelevat valaistuksen maksimit ja minimit, sateenkaaren väri valkoisessa valossa. Edellytys diffraktion ilmenemiselle: Esteiden (reikien) mittojen on oltava pienempiä tai verrannollisia aallonpituuteen.Diffraktiota havaitaan ohuilla langoilla, naarmuilla, naarmujen pystysuunnassa raolla, ripsillä vesipisaroilla misted-lasilla, jääkiteillä pilvessä tai lasille, hyönteisten kitiinikuoren harjanteille, lintujen höyhenille, CD-levyille, käärepaperiin., diffraktiohilaan.,
Difraktiohila on optinen laite, joka on jaksoittainen rakenne suuresta määrästä säännöllisesti järjestettyjä elementtejä, joille valon diffraktio tapahtuu. Urat, joiden profiili on määritelty ja vakio tietylle diffraktiohilalle, toistetaan samalla aikavälillä d (ritiläjakso). Difraktiohilan kyky hajottaa siihen kuuluva valonsäde aallonpituuksien mukaan on sen tärkein ominaisuus. Erota heijastavat ja läpinäkyvät diffraktioreilat. Nykyaikaisissa laitteissa käytetään pääasiassa heijastavia diffraktioreilaa.

Työskentelyprosessi:
Tehtävä 1. A) Häiriöiden havaitseminen ohutkalvolla:
Koe 1. Upota vaijerirengas saippuaveteen. Lankarenkaaseen muodostetaan saippuakalvo.
Aseta se pystysuoraan. Tarkkailemme vaaleita ja tummia vaakasuoria raitoja, joiden leveys ja väri muuttuvat kalvon paksuuden muuttuessa. Katso kuvaa valosuodattimen kautta.
Kirjoita muistiin, kuinka monta nauhaa havaitaan ja kuinka värit vuorotellen niissä?
Koe 2. Käytä PVC-putkea puhtaaksi saippuakupla ja tutkia sitä huolellisesti. Kun valaistat sitä valkoisella valolla, huomioi spektrivärillä värjättyjen häiriöiden muodostuminen.
Mitkä värit ovat näkyvissä kuplassa ja miten ne vuorottelevat ylhäältä alas?
B) Häiriön havaitseminen ilmakiilolla:
Koe 3. Pyyhi kaksi lasilevyä varovasti, taita yhteen ja purista sormilla. Levyjen välisten kosketuspintojen muodon epätäydellisyyden vuoksi muodostetaan ohuimmat ilmatilat - nämä ovat ilmakiiloja, niihin kohdistuu häiriöitä. Kun levyä puristava voima muuttuu, ilmakiilan paksuus muuttuu, mikä johtaa häiriöiden maksimien ja minimien sijainnin ja muodon muutokseen. Tutki sitten kuvaa valosuodattimen kautta.
Piirrä mitä näet valkoisessa valossa ja mitä näet suodattimen läpi.

Tee johtopäätös: Miksi häiriöitä esiintyy, kuinka selitetään häiriökuvion maksimien väri, joka vaikuttaa kuvan kirkkauteen ja väriin.

Tehtävä 2: Valon diffraktion havaitseminen.
Koe 4. Leikkaamme terällä raon paperiarkille, levitä paperi silmiin ja katsomme raon läpi valonlähdelampussa. Tarkkailemme valaistuksen korkeimpia ja matalimpia kohteita ja tutkimme sitten kuvaa valosuodattimen läpi.
Piirrä valkoisen valon ja yksivärisen valon diffraktiokuvio.
Muodostamalla paperin muotoa vähennämme raon leveyttä ja tarkkailemme diffraktiota.
Koe 5. Harkitse valonlähdelamppua diffraktiorelan läpi.
Kuinka diffraktiokuvio on muuttunut?
Kokemus 6. Katso nailonkangas läpi valaisevan lampun lankaa. Kiertämällä kangasta akselinsa ympäri saavuta selkeä diffraktiokuvio kahdessa suorassa kulmassa ristiin vietyjen diffraktioiden muodossa.
Piirrä havaittu diffraktioraja. Selitä tämä ilmiö.
Tee johtopäätös: miksi diffraktio tapahtuu, kuinka selittää diffraktiokuvion maksimien väri, joka vaikuttaa kuvan kirkkauteen ja väriin.
Testikysymykset:
Mikä on yhteistä häiriöilmiön ja difraktion ilmiön välillä?
Mitkä aallot voivat antaa vakaan häiriökuvion?
Miksi opiskelijapöydällä ei ole luokkahuoneessa katosta ripustetuista lampuista aiheutuvia häiriökuvioita?

6. Kuinka selittää värilliset ympyrät kuun ympärillä?

Liitetyt tiedostot

Tavoite : tutkia häiriöiden ja valon diffraktion ominaispiirteitä.

Työskentelyprosessi

1. Nailon ritilä

Olemme valmistaneet erittäin yksinkertaisen laitteen valon diffraktion tarkkailemiseksi kotimaisessa ympäristössä. Tätä varten käytimme liukukehyksiä, pala erittäin ohutta nylonmateriaalia ja Moment-liimaa.

Seurauksena on, että meillä on erittäin korkealaatuinen kaksiulotteinen diffraktiohila.

Nailonfilamentit ovat etäisyydellä toisistaan \u200b\u200betäisyydellä valon aallonpituuden koon mukaisesta etäisyydestä. Tämän seurauksena tämä nailonkangas antaa melko selkeän diffraktiokuvion. Lisäksi, koska avaruuden kierteet leikkaavat suorassa kulmassa, saadaan kaksiulotteinen hila.

2. Maitopinnoitteen levitys

Kun valmistat maitoliuosta, laimenna yksi teelusikallinen maitoa 4-5 ruokalusikalla vettä. Sitten substraattina valmistettu puhdas lasilevy asetetaan pöydälle, useita tippoja liuosta levitetään sen yläpinnalle, rasvataan ohuella kerroksella koko pintaan ja annetaan kuivua useita minuutteja. Sen jälkeen levy asetetaan reunaan, tyhjennetään jäljellä oleva liuos ja lopuksi kuivataan vielä muutama minuutti kaltevassa asennossa.

3. Lycopodium-pinnoite

Pisara koneöljyä tai kasviöljyä levitetään puhtaan levyn pinnalle (rasvajyvä, margariini, voi tai vaseliini voidaan levittää), rasvataan ohuella kerroksella ja pyyhi voideltu pinta varovasti puhtaalla liinalla.

Sille jäävä ohut rasvakerros toimii tahmeana pohjana. Tälle pinnalle kaadetaan pieni määrä (nippi) lycopodiumia, levyä kallistetaan 30 astetta ja napauttamalla sormella reunaa pitkin, ne saavat jauheen, joka on kaadettava pohjaansa. Murenemisen alueella on jäljellä leveä jälki melko tasaisen lycopodium-kerroksen muodossa.

Vaihtamalla levyn kaltevuus, toista tämä toimenpide useita kertoja, kunnes levyn koko pinta on peitetty samanlaisella kerroksella. Sen jälkeen ylimääräinen jauhe kaadetaan asettamalla levy pystysuoraan ja lyömällä sen reuna pöydälle tai muulle kiinteälle esineelle.

Lykopodiumin pallomaisille hiukkasille (lycopodium-itiöt) on ominaista vakiohalkaisija. Tällainen päällyste, joka koostuu valtavasta joukosta läpinäkymättömiä palloja, joiden halkaisija d on satunnaisesti jakautunut läpinäkyvän substraatin pintaan, on samanlainen kuin intensiteetin jakautuminen pyöreän reiän diffraktiokuviossa.

lähtö:

Valon häiriöitä havaitaan:

1) saippuakalvojen käyttäminen vaijerikehyksessä tai tavallisia saippuakuplia;

2) Erityinen laite “Newtonin rengas”.

Valon diffraktion havaitseminen:

I. Maitopäällyste ja lycopodium edustavat luonnollista diffraktioratioa, koska maidon hiukkaset ja lycopodium-itiöt ovat kooltaan lähellä valon aallonpituutta. Kuva on melko kirkas ja selkeä, jos katsot näitä valmisteita kirkkaalla valonlähteellä.

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

III. Jos katsot kirkkaata valonlähdettä pilkuttamalla omien ripsien läpi, voit nähdä myös diffraktion.

IV. Lintujen höyhenet (ohuimmat rinnat) Sitä voidaan käyttää myös diffraktiohilana, koska rypäleiden ja niiden koon välinen etäisyys on verrannollinen valon aallonpituuteen.

V. Laserlevy on heijastava difraktion ritilä, jonka urat ovat niin lähellä ja edustavat ylitettävän esteen valoaallolle.

Vi. Erityisesti tätä laboratoriotöitä varten valmistamamme nylonhila on hyvä kaksiulotteinen diffraktiohila, joka johtuu kankaan ohuudesta ja kuitujen läheisyydestä.

Aihe: Häiriöiden ja valon diffraktioiden havaitseminen.

Tavoite: tutkia kokeellisesti häiriöiden ja diffraktion ilmiötä.

Laitteet:

• lasit saippualiuoksella;
• lankarengas kahvalla;
• nylon kangas;
• cD-levy;
• hehkulamppu;
• jarrusatulat;
• kaksi lasilevyä;
• terä;
• pinsetit;
• nylon kangas.

Teoreettinen osa

Häiriöt ovat ilmiö, joka on tyypillistä kaikenlaisille aalloille: mekaaniset, sähkömagneettiset. Aaltointerferenssi on kahden (tai useamman) aallon lisäys avaruudessa, jolloin saadaan avaruuden eri kohdissa tuloksena olevan aallon vahvistus tai heikentyminen. Vakaan häiriökuvion muodostamiseksi tarvitaan koherentteja (sovitettuja) aallolähteitä. Koherentit aallot ovat aaltoja, joilla on sama taajuus ja vakio vaihe-ero.

Suurimmat ehdot Δd \u003d ± kλ, vähimmäisehdot, Δd \u003d ± (2k + 1) λ / 2 missä k \u003d 0; ± 1; ± 2; ± 3; ... (aaltopolun ero on yhtä suuri kuin puoliaaltojen parillinen määrä)

Häiriökuvio on lisääntyneen ja vähentyneen valon voimakkuuden alueiden säännöllinen vuorottelu. Valohäiriö on valonsäteilyn energian paikallinen uudelleenjakauma, kun kaksi tai useampia valoaaltoja ovat päällekkäin. Tämän seurauksena häiriöiden ja valon diffraktion ilmiöissä noudatetaan energian säilyvyyslakia. Häiriöiden alueella valoenergia jakautuu vain uudelleen, muuntamatta sitä muun tyyppiseksi energiaksi. Energian lisääntyminen häiriökuvion joissakin kohdissa suhteessa kokonaisvaloenergiaan kompensoidaan sen pienenemisellä muissa kohdissa (kokonaisvaloenergia on kahden riippumattomista lähteistä peräisin olevan valonsäteen valoenergia).
Vaaleat raidat vastaavat energian maksimimääriä, tummat - minimiä.

Diffraktio on ilmiö, joka aallon poikkeaa suoraviivaisesta etenemisestä, kun se kulkee pienten reikien läpi ja kulkee aallon läpi pienten esteiden läpi. Edellytys diffraktion ilmenemiselle: d< λ, Missä d - esteen koko, λ on aallonpituus. Esteiden (reikien) mittojen tulisi olla pienempiä tai verrannollisia aallonpituuteen. Tämän ilmiön (diffraktio) olemassaolo rajoittaa geometrisen optiikan lakien soveltamisaluetta ja on syynä optisten laitteiden erotuskyvyn rajalle. Difraktiohila on optinen laite, joka on jaksoittainen rakenne suuresta määrästä säännöllisesti sijoitettuja elementtejä, joille valon diffraktio tapahtuu. Iskut, joiden profiili on määritelty ja vakio tietylle diffraktiohilalle, toistetaan samalla aikavälillä. d (hilajakso). Difraktiohilan kyky laajentaa tulevaa valonsädettä aallonpituuksilla on sen tärkein ominaisuus. Erota heijastavat ja läpinäkyvät diffraktioreilat. Nykyaikaisissa laitteissa käytetään pääasiassa heijastavia diffraktioreilaa. Edellytys diffraktion maksimin huomioimiseksi: d sin (φ) \u003d ± kλ

Ohjeet työhön

1. Upota vaijerirunko saippuaveteen. Tarkkaile ja luonnostele häiriökuvio saippuakalvossa. Kun elokuva valaistaan \u200b\u200bvalkoisella valolla (ikkunasta tai lampusta), vaaleat raidat väritään: ylhäällä - sininen, alaosassa - punaisella. Puhalla saippuakupla lasiputken avulla. Tarkkaile häntä. Valolla valaistettuna havaitaan värillisten häiriörenkaiden muodostumista. Kun kalvon paksuus vähenee, renkaat laajenevat ja liikkuvat alaspäin.

Vastaa kysymyksiin:

1. Miksi saippuakuplat ovat sateenkaarivärisiä?
2. Mikä on sateenkaaren raitojen muoto?
3. Miksi kuplan väri muuttuu koko ajan?

2. Pyyhi lasilevyt huolellisesti, taita ne yhteen ja purista sormilla. Kosketuspintojen muodon epätäydellisyyden vuoksi levyjen väliin muodostuu ohuimmat ilma-aukot, jolloin saadaan kirkkaita irisoivia rengasmaisia \u200b\u200btai suljettuja epäsäännöllisen muotoisia raitoja. Kun levyä puristava voima muuttuu, raitojen järjestely ja muoto muuttuvat sekä heijastuneessa että läpäisyssä valossa. Piirrä näkemäsi kuvat.

Vastaa kysymyksiin:

1. Miksi levyjen joissain kosketuspaikoissa on kirkkaita irisoivia rengasmaisia \u200b\u200btai epäsäännöllisiä raitoja?
2. Miksi tuloksena olevien häiriöiden muoto ja sijainti muuttuvat paineen muuttuessa?

3. Aseta CD-levy vaakatasossa silmien korkeudelle. Mitä näet? Selitä havaitut ilmiöt. Kuvaile häiriökuvio.

4. Katso nylonkankaan läpi palavan lampun lanka. Kiertämällä kangasta akselinsa ympäri saavuta selkeä diffraktiokuvio kahdessa suorassa kulmassa ristiin vietyjen diffraktioiden muodossa. Piirrä havaittu diffraktioraja.

5. Tarkkaile kahta diffraktiokuviota tutkiessasi palavan lampun hehkulankaa paksuuden suulakkeen leukojen muodostaman raon läpi (raon leveydet 0,05 mm ja 0,8 mm). Kuvaile häiriökuvion luonteen muutosta kiertäessäsi suulaketta tasaisesti pystyakselin ympäri (raon leveydellä 0,8 mm). Toista tämä kokeilu kahdella terällä painamalla ne yhteen. Kuvaile häiriökuvion luonnetta

Kirjoita havainnot muistiin. Ilmoita, missä kokeilusi häiriöilmiö havaittiin? diffraktio?

LABORATORIOTYÖ nro 4

VALON RAJOITTUMISEN FENOMENONIN TUTKIMUS.

Oppitunnin oppimistarkoitus: Spektrilaitteissa käytetään diffraktiohilan avulla tapahtuvaa valon diffraktiota, joka antaa mahdollisuuden määrittää näkyvän spektrialueen aallonpituudet. Lisäksi diffraktiolakien tuntemus mahdollistaa optisten laitteiden erotuskyvyn määrittämisen. Röntgendiffraktion avulla voidaan määrittää kehon rakenne, jolla on säännöllinen atomien järjestely, ja määrittää viat, jotka aiheutuvat ruumiinrakenteen säännöllisyyden rikkomisesta tuhoamatta.

Pohjamateriaalia: Työn onnistuneeksi suorittamiseksi ja toimittamiseksi sinun on tunnettava aalto-optiikan lait.

Valmistelu oppituntiin:

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

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

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

Optics and Atomic Physics, 2000 ,: luku 3, sivut 74-121.

Tuleva ohjaus: Laboratoriotyön valmistelua ohjataan laaditun laboratoriotyön muodon mukaisesti, yleisten vaatimusten ja vastausten perusteella:

1.Miksi diffraktiohila hajottaa valon hehkulampusta spektriin?

2. Millä etäisyydellä difraktion ritilästä on parempi tarkkailla diffraktiota?

3. Miltä spektri näyttää, jos hehkulamppu peitetään vihreällä lasilla?

4. Miksi sinun on tehtävä mittauksia vähintään kolme kertaa?

5. Kuinka taajuuksien järjestys määritetään?

6. Mikä spektrin väri sijaitsee lähempänä rakoa ja miksi?

Laitteet ja tarvikkeet: Diffraktioristikko,

Teoreettinen johdanto ja perustiedot:

Jokainen isotrooppisessa (homogeenisessa) väliaineessa etenevä aalto, jonka ominaisuudet eivät muutu pisteestä pisteeseen, säilyttää etenemissuuntansa. Anisotrooppisessa (epähomogeenisessa) väliaineessa, jossa aallot käyvät epätasaisesti amplitudissa ja vaiheessa aallonrintapinnalla aaltojen kulkiessa, etenemissuunta muuttuu. Tätä ilmiötä kutsutaan diffraktioksi. Difraktio on luontainen minkä tahansa luonteen aalloille, ja käytännössä ilmenee valon etenemissuunnan poikkeamisena suoraviivaisesta.

Diffraktio tapahtuu missä tahansa paikallisessa muutoksessa aallonrintamassa, amplitudissa tai vaiheessa. Tällaiset muutokset voivat johtua läpinäkymättömistä tai osittain läpinäkyvistä esteistä, jotka esiintyvät aallon tiellä (näytöt) tai väliaineen alueilla, joilla on erilainen taitekerroin (vaihelevyt).

Yhteenvetona sanotusta voimme muotoilla seuraavan:

Valoaaltojen taipuman ilmiötä suoraviivaisesta etenemisestä reikien läpi kulkiessaan ja lähellä seulan reunoja kutsutaan diffraktio.

Tämä ominaisuus on luontainen kaikille aalloille luonteesta riippumatta. Periaatteessa diffraktio ei eroa häiriöistä. Kun lähteitä on vähän, niiden yhteisen toiminnan tulosta kutsutaan häiriöiksi, ja jos lähteitä on paljon, puhutaan sitten diffraktiosta. Diffraktio erotetaan sen etäisyyden perusteella, josta aalto havaitaan esineen takana, jossa diffraktio tapahtuu Fraunhofer tai Fresnel:

Jos diffraktiokuvio havaitaan rajallisella etäisyydellä esineestä, joka aiheuttaa diffraktiota, ja on tarpeen ottaa huomioon aallon etuosan kaarevuus, he sanovat fresnel-diffraktio... Fresnel-diffraktiolla havaitaan esteen difraktion kuva esteestä;

Jos aallonrintamat ovat tasaiset (yhdensuuntaiset säteet) ja diffraktiokuvio havaitaan äärettömän suurella etäisyydellä (tähän käytetään linssejä), puhumme fraunhofer-diffraktio.

Tässä työssä diffraktion ilmiötä käytetään valon aallonpituuden määrittämiseen.

ja". Kun aallonrintama saavuttaa raon ja ottaa aseman AB (kuva 1), kuvan 2 Huygens-periaatteen mukaisesti kaikki tämän aallon etupuolen kohdat ovat koherentteja pallomaisten toissijaisten aaltojen lähteitä, jotka etenevät aallon etuliikkeen suuntaan.

Mieti aallot, jotka etenevät tason AB pisteistä suuntaan, joka muodostaa tietyn kulman alkuperäisen kanssa (kuva 2). Jos linssi sijoitetaan näiden säteiden tielle, tason AB suuntaisesti, silloin taittumisen jälkeiset säteet lähentyvät linssin poltotasossa sijaitsevan näytön jossain pisteessä M ja häiritsevät toisiaan (piste O on linssin päätarkennus). Lasketaan kohtisuora AC pisteestä A valitun säteensuunnan suuntaan. Sitten, vaihtovirtatasosta ja edelleen linssin poltotasoon, yhdensuuntaiset säteet eivät muuta polkueroaan.

Reittiero, joka määrittää häiriöolosuhteet, syntyy vain reitillä alkuperäisestä etuosasta AB tasoon AC ja on erilainen eri säteille. Laskemme näiden säteiden häiriöt Fresnel-vyöhykemenetelmällä. Voit tehdä tämän jakamalla linja BC henkisesti sarjaan segmenttejä, joiden pituus on l / 2. Etäisyydellä BC \u003d Synti j sovi z \u003d × synti j /(0,5 l) sellaisista segmenteistä. Piirrämällä näiden segmenttien päistä AC: n suuntaisia \u200b\u200bviivoja, ennen kuin tapaamme ne AB: n kanssa, jaamme rakoaallon etuosan samanleveyteisiksi nauhoiksi, nämä nauhat ovat tässä tapauksessa fresnel-alueet.

Yllä olevasta rakenteesta seuraa, että molemmilta naapurimaiden Fresnel-vyöhykkeiltä tulevat aallot saapuvat pisteeseen M vastakkaisissa vaiheissa ja sammuttavat toisiaan. Jos tällä rakenteella vyöhykkeiden lukumäärä tulee olemaan jopa, sitten jokainen vierekkäisten vyöhykkeiden pari sammuttaa toisiaan ja tietyllä näytön kulmalla tulee olemaan minimi valaistus

https://pandia.ru/text/80/353/images/image005_9.gif "width \u003d" 25 "korkeus \u003d" 14 src \u003d "\u003e.

Siten, kun raon reunoista tulevien säteiden polkujen ero on yhtä suuri kuin parillinen määrä puoliaalloja, havaitsemme näytössä tummia raitoja. Niiden välisin välein noudatetaan maksimaalista valaistusta. Ne vastaavat kulmia, joihin aaltopinta murtautuu outo määrä fresnel-alueet https://pandia.ru/text/80/353/images/image007_9.gif "width \u003d" 143 "korkeus \u003d" 43 src \u003d "\u003e, (2)

missä k \u003d 1, 2, 3, ..., https: //pandia.ru/text/80/353/images/image008_7.gif "align \u003d" left "leveys \u003d" 330 "korkeus \u003d" 219 "\u003e kaavat (1 ) ja (2) voidaan saada, ja jos käytämme suoraan häiriöolosuhteita laboratorion työstä nro 66. Jos todellakin otamme kaksi palkkia naapurimaiden Fresnel-vyöhykkeiltä ( jopa vyöhykkeiden lukumäärä), niin niiden välinen polkuero on yhtä suuri kuin puoli aallonpituutta, ts outo puoli-aaltojen lukumäärä. Siksi häiritsevät nämä säteet antavat näytölle minimivalon, toisin sanoen, kunto (1) saavutetaan. Eteneminen samalla tavalla Fresnelin äärimmäisistä vyöhykkeistä tuleville säteille, varten outo niiden alueiden lukumäärä, joista saamme kaavan (2).

https://pandia.ru/text/80/353/images/image010_7.gif "leveys \u003d" 54 "korkeus \u003d" 55 src \u003d "\u003e.

Jos aukko on hyvin pieni (<< 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 ( \u003e\u003e l), niin jo ensimmäinen minimi vastaa hyvin pieniä poikkeamia suorakulmaisesta etenemisestä kulmassa. Siksi näytölle saadaan geometrinen kuva raosta, jonka reunat reunustavat ohuilla vuorottelevilla tummilla ja vaaleilla raidoilla.

Kirkas diffraktiivinen huippuihin ja minimivaatimuksia havaitaan vain välitapauksessa, kun raon leveys useita Fresnel-vyöhykkeitä mahtuu.

Kun rako on valaistu ei-yksivärisellä ( valkoinen) eri värien valon diffraktion maksimit eroavat toisistaan. Mitä pienempi l, sitä pienemmät kulmat ovat diffraktion maksimit. Kaikkien värien säteet saapuvat näytön keskelle siten, että polkuero on nolla kuva keskellä on valkoinen. Oikealla ja vasen keskimmäisestä maksimista, diffraktio spektrit ensimmäinen, toinen ja jne.... Tilaus.

Diffraktio ritilä

Diffraktiomaksimien voimakkuuden lisäämiseksi ei käytetä yhtä rakoa, vaan diffraktiorataa.

Diffraktiorela on sarja samansuuntaisia \u200b\u200brakoja, joiden leveys on sama erotettu läpinäkymättömillä leveysrakoilla b... Määrä + b = d nimeltään aika tai pysyvä diffraktioristikko.

Difraktiohilat tehdään lasille tai metalleille (jälkimmäisessä tapauksessa ritilää kutsutaan heijastavaksi). Hienoimmalla timanttikärjellä, sarja ohut samansuuntainen isku, jolla on sama leveys ja etäisyys toisistaan \u200b\u200bsamalla etäisyydellä toisistaan, kohdistetaan jakokoneella. Tässä tapauksessa valot, jotka hajauttavat valon kaikkiin suuntiin, pelaavat läpinäkymättömiä rakoja, ja levyn ehjät paikat ovat rakojen roolia. Johtojen lukumäärä millimetriä kohden joissakin ritilissä saavuttaa 2000.

Tarkastellaan diffraktiota N-rakoista. Kun valo kulkee identtisten rakojen järjestelmän läpi, diffraktiokuvio muuttuu paljon monimutkaisemmaksi. Tässä tapauksessa säteet diffragoituneet eri raot, päällekkäin linssin polttopinnan kanssa ja häiritä keskenään... Jos rakojen määrä on N, niin N palkki häiritsee toisiaan. Diffraktion tuloksena muodostumisolosuhteet diffraktio maksimit tulee muotoon

https://pandia.ru/text/80/353/images/image014_4.gif "leveys \u003d" 31 "korkeus \u003d" 14 src \u003d "\u003e. (3)

Verrattuna yhden raon diffraktioon, tila on muuttunut päinvastaiseksi:

Maksimi tyydyttävää ehtoa (3) kutsutaan pää... Minimien sijainti ei muutu, koska suunnat, joissa mikään rakoista ei lähetä valoa, eivät vastaanota sitä edes N rakojen kanssa.

Lisäksi ovat mahdolliset suunnat, joissa eri rakojen lähettämä valo sammuu (peruutetaan vastavuoroisesti). Yleisessä tapauksessa, kun diffraktio N-rakoista muodostuu:

1) pää huippuihin

https://pandia.ru/text/80/353/images/image017_4.gif "leveys \u003d" 223 "korkeus \u003d" 25 "\u003e;

3) lisä- minimivaatimuksia.

Tässä, kuten aiemmin, - raon leveys;

d \u003d a + b Onko diffraktiohilan ajanjakso.

Kahden pääkorkeuden välillä on N - 1 ylimääräistä ala-arvoa, jotka on erotettu toissijaisista koroista (kuva 5), \u200b\u200bjoiden intensiteetti on huomattavasti vähemmän voimakkuutta suuret huiput.

Edellyttäen, että 0 "style \u003d" marginaali-vasen: 5.4pt; reunus-romahdus: romahdus "\u003e

Diffraktiohilan resoluutio l / Dl karakterisoi ritilän kykyä erottaa maksimaalinen valaistus kahdelle läheiselle aallonpituudelle 111 ja l2 tietyssä spektrissä. Tässä Dl \u003d l2 - l1. Jos l / Dl\u003e kN, silloin ll: n ja l2: n valaistuksen maksimimääriä ei ratkaista k-asteen spektrissä.

Työmääräys:

Tehtävä 1. Valon aallonpituuden määrittäminen diffraktioratiolla.

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

2. Etsi 1, 2, 3 asteikon spektrit nollapisteen molemmilta puolilta.

3. Mittaa etäisyys nolla-maksimiarvon ja nolla-x1: n oikealla puolella olevan ensimmäisen maksimiarvon välillä nolla-maksimiarvon ja nolla-x2: n vasemmalla puolella olevan ensimmäisen maksimiarvon välillä. Etsi ja määritä kulma j, joka vastaa annettua voimakkuutta. Mittaukset tehdään violetin, vihreän ja punaisen värin maksimimäärille, spektrillä 1, 2 ja 3 järjestyksessä kolmelle "y" -arvolle. Esimerkiksi y1 = 15, y2 \u003d 20 ja y3 \u003d 30 cm.

4. Hilavakion tunteminen ( d \u003d 0,01 mm) ja kulma j, jossa tietyn värin ja järjestyksen enimmäisvoimakkuutta havaitaan, määritetään aallonpituus l kaavalla:

Tässä k otettu modulo.

5. Laske absoluuttinen virhe havaittujen aallonpituuksien arvoille, jotka vastaavat spektrin violettia, vihreää ja punaista aluetta.

6. Syötä mittausten ja laskelmien tulokset taulukkoon.

Ohjaa kysymyksiä ja tehtäviä.

1. Mikä on difraktion ilmiö?

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

3. Muotoile Huygens-Fresnel-periaate.

4. Kuinka diffraktio voidaan selittää käyttämällä Huygens-Fresnel-periaatetta?

5. Mitkä ovat Fresnel-alueet?

6. Mitä ehtoja on täytettävä difraktion havaitsemiseksi?

7. Kuvaile diffraktio yhdestä raosta.

8. diffraktio diffraktioreitillä. Mikä on perustavanlaatuinen ero tämän tapauksen ja yhden raon diffraktion välillä?

9. Kuinka määrittää diffraktiospektrien enimmäismäärä tietylle diffraktioratille?

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