Pagkagambala ng trabaho sa laboratoryo sa mga pelikulang sabon. Ang pagmamasid sa gawaing laboratoryo ng hindi pangkaraniwang bagay ng pagkagambala at pagdidipraktibo ng ilaw

Layunin ng trabaho: obserbahan ang pagkagambala at diffraction ng ilaw.

Mga aparato at accessories:

baso plate 2pcs.

nylon o cambric flaps 1pc.

nag-iilaw na pelikula na may puwang na 1pc.

gawa sa isang labaha 1pc.

record ng gramophone (o isang fragment ng isang tala ng gramophone) 1pc.

vernier caliper 1pc.

lampara na may isang tuwid na filament (isa para sa buong pangkat) 1pc.

may kulay na lapis 6 pcs.

Pagkumpleto ng trabaho:

1. Sinusunod namin ang pattern ng pagkagambala:

2. Maingat na punasan ang mga basong plato, isama ito at pisilin ng iyong mga daliri.

3. Isaalang-alang ang mga plato sa masasalamin na ilaw laban sa isang madilim na background.

4. Sa ilang mga lugar ng pakikipag-ugnay sa mga plato, sinusunod namin ang maliwanag na hugis-singsing na hugis-singsing o hindi regular na hugis na mga guhitan.

5. Mapapansin ang mga pagbabago sa hugis at lokasyon ng mga nagresultang mga pagkagambala fringes na may pagbabago sa presyon.

6. Nakita namin ang pattern ng pagkagambala sa ipinadala na ilaw at iginuhit ito.

Larawan 1. pattern ng pagkagambala.

7. Isaalang-alang ang pattern ng pagkagambala kapag ang ilaw ay tumama sa ibabaw ng compact disc at i-sketch ito sa protocol.

Larawan 2. pattern ng pagkagambala.

8. Pagmasdan ang pattern ng diffraction:

9. Mag-install ng isang 0.5 mm na agwat sa pagitan ng mga panga ng caliper.

10. Inilalagay namin ang slit malapit sa mata, inilalagay ito nang patayo.

11. Sa pagtingin sa slit sa patayo na matatagpuan maliwanag na filament ng lampara, sinusunod namin ang mga bahaghari ng bahaghari sa magkabilang panig ng filament (diffraction specra).

12. Pag-iiba-iba ang lapad ng slit mula sa 0.5 hanggang 0.8 mm, napansin namin kung paano nakakaapekto ang pagbabagong ito sa diffraaction specra.

13. Pag-sketch ng pattern ng diffraction.

Larawan 3. pattern ng diffraction.

14. Napagmasdan namin ang diffraction spectra sa ipinadala na ilaw sa tulong ng nylon o cambric flaps, nag-iilaw ng photographic film na may slit at iguhit ang mga ito sa ulat.

Larawan 4. pattern ng diffraction.

Output:

Mga sagot sa mga katanungan sa seguridad:

Trabaho sa laboratoryo Blg. 17.

Paksa: Pagtukoy ng haba ng isang light alon gamit ang isang diffraction grating.

Layunin ng trabaho: Pagtukoy ng haba ng daluyong ng ilaw gamit ang isang diffraction grating.

Mga aparato at accessories:

aparato para sa pagtukoy ng haba ng isang light wave 1pc.

diffraction grating 1 pc.

mapagkukunan ng ilaw 1pc.

Pagkumpleto ng trabaho:

1. Pinagsasama namin ang pag-install gamit ang Larawan 1.1 ng mga alituntunin.

Larawan 1. Schematic ng pag-install para sa pagtukoy ng haba ng isang light alon.

2. Itinakda namin ang sukat sa pinakamalaking distansya mula sa diffraction grating at idirekta ang pag-install sa light source, na nakuha ang diffraction spectrum \u003d

3. Tukuyin ang paglilipat ng sinag mula sa slit hanggang sa gitna ng violet na bahagi ng spectrum

4. Kalkulahin ang halaga ng haba ng haba ng daluyong ng mga violet ray gamit ang formula:

5. Inuulit namin ang eksperimento para sa berde, pulang kulay ng diffraction spectrum at kinakalkula ang haba ng daluyong ng light alon ng berde at pula na ray ng mga formula:

6. Inihambing namin ang mga nakuhang halaga sa average na mga halagang tabular mula sa talata 3 ng mga tagubiling pang-pamamaraan at kinakalkula ang kamag-anak na error sa pagsukat gamit ang mga formula:

Trabaho sa laboratoryo Bilang 11. Pagmamasid sa hindi pangkaraniwang bagay ng pagkagambala at pag-diffact ng ilaw.
Layunin ng trabaho: upang pag-aralan ng eksperimento ang hindi pangkaraniwang bagay ng pagkagambala at pagkakalat ng ilaw, upang ibunyag ang mga kondisyon para sa paglitaw ng mga phenomena at ang likas na katangian ng pamamahagi ng ilaw na enerhiya sa espasyo.
Kagamitan: isang de-kuryenteng lampara na may isang tuwid na filament (isa bawat klase), dalawang mga plate na baso, isang tubo ng PVC, isang baso na may solusyon sa sabon, isang singsing na kawad na may hawakan na may diameter na 30 mm, isang talim, isang guhit ng papel ј sheet, nylon tela 5x5 cm, isang diffraction grating, light filters ...

Maikling teorya
Ang pagkagambala at diffraction ay mga phenomena na katangian ng mga alon ng anumang kalikasan: mekanikal, electromagnetic. Ang pagkagambala ng Wave ay pagdaragdag ng dalawa (o maraming) mga alon sa kalawakan, kung saan sa iba't ibang mga punto ng puwang ang nakuha ng pagpapalakas o pagpapahina ng nagresultang alon. Ang pagkagambala ay sinusunod kapag ang mga alon na ibinubuga ng parehong ilaw na mapagkukunan ay na-superimpose, na nakakarating sa isang naibigay na punto sa iba't ibang paraan. Para sa pagbuo ng isang matatag na pattern ng pagkagambala, kinakailangan ang magkakaugnay na mga alon - mga alon na may parehong dalas at pare-pareho ang pagkakaiba ng phase. Ang mga magkakaugnay na alon ay maaaring makuha sa manipis na mga pelikula ng mga oxide, fat, sa isang air wedge-gap sa pagitan ng dalawang transparent na baso, na pinindot laban sa bawat isa.
Ang amplitude ng nagresultang pag-aalis sa point C ay nakasalalay sa pagkakaiba sa mga landas ng alon sa isang distansya d2 - d1.
[I-download ang file upang makita ang larawan] Kundisyon ng maximum - (amplification ng oscillations): ang pagkakaiba sa landas ng mga alon ay katumbas ng pantay na bilang ng mga kalahating alon
kung saan k \u003d 0; ± 1; ± 2; ± 3;
[I-download ang file upang makita ang larawan] Ang mga alon mula sa mga mapagkukunan A at B ay darating sa point C sa parehong mga phase at "palakasin ang bawat isa.
Kung ang pagkakaiba ng landas ay katumbas ng isang kakaibang bilang ng mga kalahating alon, kung gayon ang mga alon ay magpapahina sa bawat isa at isang minimum ay mapapansin sa punto ng kanilang pagpupulong.

[I-download ang file upang matingnan ang larawan] [I-download ang file upang matingnan ang larawan]
Ang pagkagambala ng ilaw ay nagreresulta sa isang spatial na muling pamamahagi ng enerhiya ng mga light alon.
Ang diffraction ay ang kababalaghan ng paglihis ng alon mula sa rectilinear propagation kapag dumadaan sa maliliit na butas at sa paligid ng maliliit na hadlang ng alon.
Ang pagkakaiba ay ipinaliwanag ng prinsipyo ng Huygens-Fresnel: ang bawat punto ng balakid, kung saan naabot ang aolna, ay naging mapagkukunan ng pangalawang alon, magkakaugnay, na kumakalat sa kabila ng mga gilid ng balakid at makagambala sa bawat isa, na bumubuo ng isang matatag na pattern ng pagkagambala - Salitan ng maximum at minimum na pag-iilaw, bahaghari na may kulay puting ilaw. Ang kundisyon para sa pagpapakita ng diffraction: Ang mga sukat ng mga hadlang (butas) ay dapat na mas maliit o katapat ng haba ng haba ng daluyong. Ang pagdidipraktibo ay sinusunod sa manipis na mga thread, gasgas sa salamin, sa isang gilis-patayong gupit sa isang sheet ng papel, sa mga pilikmata sa mga patak ng tubig sa misted na baso, sa mga kristal na yelo sa isang ulap o sa baso, sa mga bristles ng chitinous na takip ng mga insekto, sa mga balahibo ng mga ibon, sa mga CD, pambalot na papel., sa isang diffraction grating.,
Ang diffraction grating ay isang optikal na aparato na isang pana-panahong istraktura ng isang malaking bilang ng mga regular na spaced na elemento kung saan nangyayari ang light diffraction. Ang mga uka na may tinukoy na profile at pare-pareho para sa isang naibigay na rehas na diffraction ay paulit-ulit sa parehong agwat d (panahon ng rehas na bakal). Ang kakayahan ng isang diffraction grating upang mabulok ang isang sinag ng ilaw na bumabagsak dito ayon sa haba ng daluyong ay ang pangunahing pag-aari nito. Makilala ang pagitan ng sumasalamin at transparent na mga gratings ng diffraction. Sa mga modernong aparato, pangunahin ang mapanimdim na mga gratings ng diffraction ang ginagamit.

Pag-unlad:
Gawain 1. A) Pagmamasid ng pagkagambala sa isang manipis na pelikula:
Pagsubok 1. Isawsaw ang singsing sa kawad sa tubig na may sabon. Ang isang pelikula na may sabon ay nabuo sa singsing na kawad.
Ilagay ito patayo. Napagmasdan namin ang ilaw at madilim na pahalang na mga guhit na nagbabago sa lapad at kulay habang nagbabago ang kapal ng pelikula. Tingnan ang larawan sa pamamagitan ng isang light filter.
Isulat kung gaano karaming mga guhitan ang naobserbahan at paano ang mga kulay sa mga ito ay kahalili?
Eksperimento 2. Gumamit ng isang tubo ng PVC upang pumutok ang isang bubble ng sabon at suriin itong mabuti. Kapag nag-iilaw ito ng puting ilaw, obserbahan ang pagbuo ng mga spot ng pagkagambala, na may kulay sa mga spectral na kulay. Suriin ang larawan sa pamamagitan ng isang light filter.
Anong mga kulay ang nakikita sa bubble at paano sila kahalili mula sa itaas hanggang sa ibaba?
B) Pagmamasid sa pagkagambala sa isang air wedge:
Eksperimento 3. Maingat na punasan ang dalawang baso na plato, tiklop at pisilin gamit ang iyong mga daliri. Dahil sa hindi perpekto ng hugis ng mga nakakaugnay na mga ibabaw sa pagitan ng mga plato, nabuo ang pinakapayat na mga void ng hangin - ito ang mga air wedge, nangyayari ang pagkagambala sa kanila. Kapag nagbago ang puwersa na pinipiga ang plate, ang kapal ng air wedge ay nagbabago, na hahantong sa isang pagbabago sa lokasyon at hugis ng panghihimasok na maxima at minima. Pagkatapos suriin ang larawan sa pamamagitan ng light filter.
Iguhit ang nakikita mo sa puting ilaw at kung ano ang nakikita mo sa pamamagitan ng filter.

Gumawa ng isang konklusyon: Bakit nangyayari ang pagkagambala, kung paano ipaliwanag ang kulay ng maxima sa pattern ng pagkagambala, na nakakaapekto sa ningning at kulay ng larawan.

Gawain 2: Pagmamasid sa light diffraction.
Eksperimento 4. Sa pamamagitan ng isang talim ay pinutol namin ang isang slit sa isang sheet ng papel, ilapat ang papel sa mga mata at tingnan ang slit sa light source-lamp. Pinagmasdan namin ang mga mataas at pinakamababang pag-iilaw. Pagkatapos suriin ang larawan sa pamamagitan ng light filter.
Iguhit ang pattern ng diffraction na nakikita sa puting ilaw at sa ilaw na monochromatic.
Sa pamamagitan ng pagpapapangit ng papel, binabawasan namin ang lapad ng slit at sinusunod ang diffraction.
Eksperimento 5. Isaalang-alang ang ilaw na mapagkukunan-lampara sa pamamagitan ng rehas na diffraction.
Paano nagbago ang pattern ng diffraction?
Karanasan 6. Tumingin sa tela ng nylon sa sinulid ng maliwanag na ilawan. Ang pag-ikot ng tela sa paligid ng axis nito, makamit ang isang malinaw na pattern ng pag-diffraction sa anyo ng dalawang diffraction fringes na tumawid sa tamang mga anggulo.
Iguhit ang sinusunod na diffraction cross. Ipaliwanag ang hindi pangkaraniwang bagay na ito.
Gumuhit ng isang konklusyon: kung bakit nangyayari ang diffraction, kung paano ipaliwanag ang kulay ng maxima sa pattern ng diffraction, na nakakaapekto sa liwanag at kulay ng larawan.
Mga katanungan sa pagsubok:
Ano ang karaniwan sa pagitan ng hindi pangkaraniwang bagay ng pagkagambala at ang hindi pangkaraniwang pagkakaiba?
Anong mga alon ang maaaring magbigay ng isang matatag na pattern ng pagkagambala?
Bakit walang pattern ng pagkagambala sa mesa ng mag-aaral mula sa mga lampara na nakasuspinde mula sa kisame sa silid-aralan?

6. Paano ipaliwanag ang mga kulay na bilog sa paligid ng buwan?

Nakalakip na mga file

layunin ng trabaho : upang pag-aralan ang mga tampok na katangian ng pagkagambala at diffraction ng ilaw.

Pag-unlad

1. Nylon grille

Gumawa kami ng isang napaka-simpleng aparato para sa pagmamasid sa diffraction ng ilaw sa isang domestic environment. Para sa mga ito, gumamit kami ng mga frame para sa mga slide, isang piraso ng napakapayat na materyal na naylon at Moment glue.

Bilang isang resulta, nakakuha kami ng napakataas na kalidad na dalawang-dimensional na rehas na diffraction.

Ang mga filament ng naylon ay may spaced mula sa bawat isa sa distansya ng pagkakasunud-sunod ng laki ng ilaw haba ng daluyong. Dahil dito, ang tela ng naylon na ito ay nagbibigay ng isang malinaw na pattern ng pagdidipract. Bukod dito, dahil ang mga thread sa space intersect sa tamang mga anggulo, isang two-dimensional lattice ang nakuha.

2. Paglalapat ng isang patong na gatas

Kapag bumubuo ng isang solusyon sa gatas, maghalo ng isang kutsarita ng gatas na may 4-5 kutsarang tubig. Pagkatapos, ang isang malinis na plato ng salamin na inihanda bilang isang substrate ay inilalagay sa mesa, ang ilang patak ng solusyon ay inilapat sa itaas na ibabaw nito, pinahid ng isang manipis na layer sa buong ibabaw at pinapayagan na matuyo nang maraming minuto. Pagkatapos nito, ang plato ay inilalagay sa gilid, pinatuyo ang natitirang solusyon, at sa wakas ay pinatuyo ng ilang higit pang minuto sa isang hilig na posisyon.

3. Patong ng lycopodium

Ang isang patak ng langis ng makina o langis ng halaman ay inilalagay sa ibabaw ng isang malinis na plato (isang butil ng taba, margarin, mantikilya o petrolyo jelly ay maaaring mailapat), pinahid ng isang manipis na layer at dahan-dahang punasan ang lubricated na ibabaw ng isang malinis na tela.

Ang manipis na layer ng taba na natitira dito ay gumaganap bilang isang malagkit na base. Ang isang maliit na halaga (isang kurot) ng lycopodium ay ibinuhos sa ibabaw na ito, ang plato ay ikiling ng 30 degree at, pag-tap sa isang daliri sa gilid, nakakamit nila ang pulbos na ibubuhos sa base nito. Sa lugar ng pagyurak, ang isang malawak na bakas ay nananatili sa anyo ng isang medyo pare-parehong layer ng lycopodium.

Sa pamamagitan ng pagbabago ng slope ng plate, ulitin ang pamamaraang ito nang maraming beses hanggang sa ang buong ibabaw ng plato ay natakpan ng isang katulad na layer. Pagkatapos nito, ang labis na pulbos ay ibinuhos sa pamamagitan ng paglalagay ng plate nang patayo at pagpindot nito sa gilid nito sa isang mesa o iba pang solidong bagay.

Ang mga spherical particle ng lycopodium (lycopodium spores) ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang pare-pareho na diameter. Ang nasabing patong, na binubuo ng isang malaking hanay ng mga opaque spheres ng parehong lapad d random na ipinamamahagi sa ibabaw ng isang transparent na substrate, ay katulad ng pamamahagi ng intensity sa diffraction pattern mula sa isang pabilog na butas.

Output:

Ang ilaw na pagkagambala ay sinusunod:

1) Paggamit ng mga pelikulang sabon sa isang wire frame o ordinaryong mga bula ng sabon;

2) Espesyal na aparato "Newton's ring".

Ang pagmamasid sa light diffraction:

I. Ang milk coating at lycopodium ay kumakatawan sa isang natural na diffraction grating, dahil ang mga milk particle at lycopodium spores ay malapit sa laki sa haba ng daluyong ng ilaw. Ang larawan ay medyo maliwanag at malinaw kung titingnan mo ang mga paghahanda na ito sa isang maliwanag na mapagkukunan ng ilaw.

II. Ang diffraction grating ay isang instrumento sa laboratoryo na may resolusyon na 1/200, na nagbibigay-daan sa iyo upang obserbahan ang diffraction ng light sa puti at mono light.

III. Kung titingnan mo ang isang maliwanag na mapagkukunan ng ilaw sa pamamagitan ng pagdulas sa iyong sariling mga pilikmata, maaari mo ring makita ang diffraction.

IV. Bird feather (manipis na villi) Maaari din itong magamit bilang isang diffraction grating, dahil ang distansya sa pagitan ng villi at ang kanilang mga laki ay naaayon sa ilaw na haba ng daluyong.

V. Ang laser disk ay isang sumasalamin na grating na diffraction, ang mga uka kung saan napakalapit, at kumakatawan sa isang malalampasan na balakid para sa light alon.

Vi. Ang naylon na rehas na bakal, na partikular naming ginawa para sa gawaing ito sa laboratoryo, ay isang mahusay na dalawang-dimensional na grating na diffraction dahil sa manipis ng tela at ang kalapitan ng mga hibla.

Paksa: Ang pagmamasid sa mga phenomena ng pagkagambala at diffraction ng ilaw.

Layunin ng trabaho: pang-eksperimentong pag-aralan ang hindi pangkaraniwang bagay ng pagkagambala at diffraction.

Kagamitan:

• baso na may solusyon sa sabon;
• singsing na may wire na may hawakan;
• tela ng naylon;
• cD;
• maliwanag na lampara;
• calipers;
• dalawang basong plato;
• talim;
• sipit;
• tela ng nylon.

Teoretikal na bahagi

Ang pagkagambala ay isang pangkaraniwang kababalaghan para sa mga alon ng anumang kalikasan: mekanikal, electromagnetic. Ang pagkagambala ng alon ay ang pagdaragdag sa puwang ng dalawa (o maraming) mga alon, kung saan sa iba't ibang mga punto ng puwang ang nakuha ng pagpapalakas o pagpapahina ng nagresultang alon ay nakuha. Para sa pagbuo ng isang matatag na pattern ng pagkagambala, kinakailangan ng magkakaugnay (na tumutugma) na mga mapagkukunan ng alon. Ang magkakaugnay na mga alon ay mga alon na may parehong dalas at pare-pareho ang pagkakaiba ng phase.

Mga maximum na kundisyon Δd \u003d ± kλ, pinakamaliit na kundisyon, Δd \u003d ± (2k + 1) λ / 2 saan k \u003d 0; ± 1; ± 2; ± 3; ... (ang pagkakaiba sa landas ng alon ay katumbas ng pantay na bilang ng mga kalahating alon

Ang isang pattern ng pagkagambala ay isang regular na paghahalili ng mga lugar ng nadagdagan at nabawasan ang intensity ng ilaw. Ang pagkagambala ng ilaw ay isang spatial na muling pamamahagi ng enerhiya ng light radiation kapag ang dalawa o higit pang mga light alon ay na-superimpose. Dahil dito, sa mga phenomena ng pagkagambala at diffraction ng ilaw, sinusunod ang batas ng pangangalaga ng enerhiya. Sa lugar ng pagkagambala, ang enerhiya ng ilaw ay ibinahagi lamang, nang hindi ginawang ibang uri ng enerhiya. Ang isang pagtaas ng enerhiya sa ilang mga punto ng pattern ng pagkagambala na may kaugnayan sa kabuuang enerhiya ng ilaw ay binabayaran ng isang pagbawas dito sa iba pang mga puntos (ang kabuuang enerhiya ng ilaw ay ang enerhiya ng ilaw ng dalawang ilaw na ilaw mula sa mga independiyenteng mapagkukunan).
Ang mga light stripe ay tumutugma sa maxima ng enerhiya, mga madilim - hanggang sa minima.

Ang diffraction ay ang kababalaghan ng paglihis ng alon mula sa rectilinear propagation kapag dumadaan sa maliliit na butas at sa paligid ng maliliit na hadlang ng alon. Ang kondisyon para sa pagpapakita ng diffraction: d< λ, Kung saan d - ang laki ng balakid, λ ay ang haba ng daluyong. Ang mga sukat ng mga hadlang (butas) ay dapat na mas maliit o naaangkop sa haba ng daluyong. Ang pagkakaroon ng hindi pangkaraniwang bagay na ito (diffraction) ay naglilimita sa larangan ng aplikasyon ng mga batas ng mga geometric optika at ang dahilan para sa limitasyon ng paglutas ng lakas ng mga aparatong optikal. Ang isang diffraction grating ay isang optikal na aparato na isang pana-panahong istraktura ng isang malaking bilang ng mga regular na spaced na elemento kung saan nangyayari ang light diffraction. Ang mga stroke na may tinukoy na profile at pare-pareho para sa isang naibigay na rehas na diffraction ay paulit-ulit sa parehong agwat. d (panahon ng sala-sala). Ang kakayahan ng isang diffraction grating upang mapalawak ang sinag ng insidente ng ilaw kasama ang haba ng daluyong ay ang pangunahing pag-aari nito. Makilala ang pagitan ng sumasalamin at transparent na mga gratings ng diffraction. Sa mga modernong aparato, pangunahin ang mapanimdim na mga gratings ng diffraction ang ginagamit. Ang kundisyon para sa pagmamasid sa maximum na diffraction: d kasalanan (φ) \u003d ± kλ

Mga direksyon para sa trabaho

1. Isawsaw ang wire frame sa tubig na may sabon. Pagmasdan at iguhit ang pattern ng pagkagambala sa pelikulang sabon. Kapag ang pelikula ay naiilawan ng puting ilaw (mula sa isang bintana o lampara), ang mga guhit na ilaw ay may kulay: sa tuktok - asul, sa ilalim - sa pula. Pumutok ang bula ng sabon gamit ang isang tubo ng baso. Panoorin mo siya Kapag nag-iilaw ng puting ilaw, sinusunod ang pagbuo ng mga kulay na singsing na panghihimasok. Habang bumababa ang kapal ng pelikula, lumalawak ang mga singsing at bumababa.

Sagutin ang mga katanungan:

1. Bakit may kulay ang mga bula ng sabon na bahaghari?
2. Ano ang hugis ng mga guhitan ng bahaghari?
3. Bakit laging nagbabago ang kulay ng bubble?

2. Maingat na punasan ang mga plato ng salamin, tiklupin ito at pisilin gamit ang iyong mga daliri. Dahil sa hindi perpekto ng hugis ng mga nakaka-contact na ibabaw, ang pinakapayat na mga void ng hangin ay nabuo sa pagitan ng mga plato, na nagbibigay ng maliwanag na iridescent na hugis-singsing o saradong hindi gaanong hugis na mga guhitan. Kapag nagbago ang puwersa na pinipiga ang plate, ang pag-aayos at hugis ng mga guhitan ay nagbabago sa parehong nakalarawan at nailipat na ilaw. I-sketch ang mga larawan na nakikita mo.

Sagutin ang mga katanungan:

1. Bakit may mga maliliwanag na iridescent na hugis-singsing o hindi regular na hugis na mga guhitan sa ilang mga lugar ng pakikipag-ugnay sa mga plato?
2. Bakit nagbabago ang hugis at lokasyon ng nagresultang mga pagkagambala na fringes na may pagbabago sa presyon?

3. Ilagay nang pahalang ang CD sa antas ng mata. Ano ang nakikita mo? Ipaliwanag ang napansin na mga phenomena. Ilarawan ang pattern ng pagkagambala.

4. Tumingin sa tela ng nylon sa sinulid ng nasusunog na lampara. Ang pag-ikot ng tela sa paligid ng axis nito, makamit ang isang malinaw na pattern ng pag-diffraction sa anyo ng dalawang diffraction fringes na tumawid sa tamang mga anggulo. Iguhit ang sinusunod na diffraction cross.

5. Pagmasdan ang dalawang mga pattern ng pag-diffraction habang tinitingnan ang filament ng nasusunog na lampara sa pamamagitan ng slit na nabuo ng mga panga ng caliper (na may mga lapad ng gilis na 0.05 mm at 0.8 mm). Ilarawan ang pagbabago sa likas na katangian ng pattern ng pagkagambala na may isang makinis na pag-ikot ng caliper sa paligid ng patayong axis (na may lapad na gilis na 0.8 mm). Ulitin ang eksperimentong ito sa dalawang talim, pagdikitin ang mga ito. Ilarawan ang likas na katangian ng pattern ng pagkagambala

Isulat ang mga natuklasan. Ipahiwatig, alin sa iyong mga eksperimento, ang hindi pangkaraniwang pagkagambala ay naobserbahan? diffraction?

GAWAIN SA LABORATORY Blg. 4

PAG-AARAL NG PHENOMENA NG PAGKAKAIBA NG ilaw.

Pag-aaral ng layunin ng aralin: Ang kababalaghan ng diffraction ng ilaw ng isang diffraction grating ay ginagamit sa mga instrumento ng spectral at ginagawang posible upang matukoy ang mga haba ng daluyong ng nakikitang saklaw ng spectrum. Bilang karagdagan, ang kaalaman sa mga batas ng diffraction ay ginagawang posible upang matukoy ang paglutas ng lakas ng mga aparatong optikal. Ginagawa ng X-ray diffraction na matukoy ang istraktura ng mga katawan na may regular na pag-aayos ng mga atom at upang matukoy ang mga depekto na sanhi ng isang paglabag sa pagiging regular ng istraktura ng mga katawan nang walang pagkasira.

Batayang materyal: Upang matagumpay na makumpleto at maihatid ang trabaho, kailangan mong malaman ang mga batas ng optika ng alon.

Paghahanda para sa aralin:

Kurso sa pisika: Ika-2 ed., 2004, ch. 22, pp. 431-453.

, "Kurso ng Pangkalahatang Physics", 1974, §19-24, pp. 113-147.

Kurso sa Physics. Ika-8 ed., 2005, §54-58, pp. 470-484.

Optics at Atomic Physics, 2000 ,: Ch. 3, pp. 74-121.

Papasok na kontrol: Ang paghahanda para sa gawaing laboratoryo ay kinokontrol alinsunod sa handa na form ng trabaho sa laboratoryo, ayon sa pangkalahatang mga kinakailangan at sagot sa mga katanungan:

1. Bakit ang isang diffraction grating ay nabubulok ang ilaw mula sa isang maliwanag na lampara sa isang spectrum?

2. Sa anong distansya ng diffraction grating mula sa mas mahusay na obserbahan ang diffraction?

3. Ano ang magiging hitsura ng spectrum kung ang maliwanag na ilaw ay natatakpan ng berdeng baso?

4. Bakit kailangang gawin ang mga sukat kahit tatlong beses?

5. Paano natutukoy ang pagkakasunud-sunod ng spectrum?

6. Anong kulay ng spectrum ang matatagpuan na malapit sa slit at bakit?

Mga aparato at accessories: Diffraction grating,

Panimula sa teoretikal at paunang data:

Ang anumang alon na nagpapalaganap sa isang isotropic (homogenous) daluyan, ang mga katangian na hindi nagbabago mula sa bawat punto, pinapanatili ang direksyon ng paglaganap nito. Sa isang anisotropic (inhomogeneous) medium, kung saan ang mga alon ay dumaranas ng hindi pantay na pagbabago sa amplitude at phase sa ibabaw ng alon sa pagdaan ng mga alon, ang paunang direksyon ng mga pagbabago ng paglaganap. Ang kababalaghang ito ay tinatawag na diffraction. Likas na likas sa mga alon ng anumang kalikasan, at praktikal na manifests mismo sa paglihis ng direksyon ng pagpapalaganap ng ilaw mula sa rectilinear.

Nagaganap ang diffraction sa anumang lokal na pagbabago sa wavefront, amplitude o phase. Ang mga nasabing pagbabago ay maaaring sanhi ng pagkakaroon ng opaque o bahagyang transparent na mga hadlang sa landas ng alon (mga screen), o mga lugar ng daluyan na may iba't ibang repraktibo na index (phase plate).

Sa pagbubuod ng sinabi, maaari nating mabuo ang mga sumusunod:

Ang kababalaghan ng pagpapalihis ng mga light alon mula sa rectilinear propagation kapag dumadaan sa mga butas at malapit sa mga gilid ng mga screen ay tinatawag na diffraction

Ang pag-aari na ito ay likas sa lahat ng mga alon, anuman ang kalikasan. Sa kakanyahan, ang pagdidipraktibo ay hindi naiiba mula sa pagkagambala. Kapag may ilang mga mapagkukunan, kung gayon ang resulta ng kanilang magkasanib na aksyon ay tinatawag na pagkagambala, at kung maraming mga mapagkukunan, pagkatapos ay nagsasalita sila ng diffraction. Nakasalalay sa distansya mula sa kung saan ang alon ay sinusunod sa likod ng bagay kung saan nangyayari ang diffraction, nakikilala ang diffraction Fraunhofer o Fresnel:

Kung ang pattern ng pagkakalat ay sinusunod sa isang may sukat na distansya mula sa bagay na nagdudulot ng pagdidipraktibo at kinakailangang isaalang-alang ang kurbada ng alon ng alon, pagkatapos ay sinabi nila tungkol sa diffraction ng Fresnel... Sa diffraction ng Fresnel, isang imahe ng diffraction ng isang balakid ang sinusunod sa screen;

Kung ang mga front fronts ay patag (parallel ray) at ang pattern ng diffraction ay sinusunod sa isang walang katapusang malaking distansya (ginagamit ang mga lente para dito), pagkatapos ay pinag-uusapan natin fraunhofer diffraction.

Sa gawaing ito, ang kababalaghan ng diffraction ay ginagamit upang matukoy ang haba ng daluyong ng ilaw.

at". Kapag naabot ng alon ang slit at kinukuha ang posisyon na AB (Larawan 1), pagkatapos ay ayon sa prinsipyo ng Larawan 2 Huygens lahat ng mga punto ng wavefront na ito ay magiging magkakaugnay na mapagkukunan ng spherical pangalawang alon na nagpapalaganap sa direksyon ng paggalaw ng alon.

Isaalang-alang ang mga alon na nagpapalaganap mula sa mga punto ng eroplano na AB sa isang direksyon na gumagawa ng isang tiyak na anggulo na may paunang isa (Larawan 2). Kung ang isang lens na kahanay sa eroplano ng AB ay inilalagay sa landas ng mga sinag na ito, pagkatapos ang mga ray pagkatapos ng repraksyon ay magtatagpo sa ilang mga punto ng M ng screen na matatagpuan sa focal na eroplano ng lens, at makagambala sa bawat isa (ang point O ay ang pangunahing pokus ng lens). I-drop natin mula sa point A ang patas na AC sa direksyon ng napiling sinag ng mga ray. Pagkatapos, mula sa eroplano ng AC at higit pa sa focal na eroplano ng lens, ang mga parallel ray ay hindi binabago ang pagkakaiba ng kanilang landas.

Ang pagkakaiba ng landas, na tumutukoy sa mga kundisyon ng pagkagambala, ay lilitaw lamang sa landas mula sa paunang harapan AB hanggang sa eroplano AC at naiiba para sa iba't ibang mga sinag. Upang makalkula ang pagkagambala ng mga sinag na ito, ginagamit namin ang paraan ng Fresnel zone. Upang magawa ito, hatiin sa isip ang linya BC sa isang serye ng mga segment ng haba na l / 2. Sa distansya BC \u003d aKasalanan j magkasya z \u003d a× kasalanan j /(0.5l) ng mga naturang segment. Ang pagguhit mula sa mga dulo ng mga segment na ito ng mga linya na kahilera sa AC, bago ang pagpupulong sa kanila sa AB, hinati namin ang harap ng slit wave sa isang serye ng mga piraso ng parehong lapad, ang mga piraso na ito ay magiging sa kasong ito mga fresnel zone.

Sumusunod ito sa nabanggit na konstruksyon na ang mga alon na nagmumula sa bawat dalawang kalapit na mga zona ng Fresnel ay dumating sa point M sa kabaligtaran na mga phase at pinapatay ang bawat isa. Kung ang sa istrakturang ito bilang ng mga zone ay i-out kahit, pagkatapos ang bawat pares ng mga katabing zone na magkakasamang mapatay ang bawat isa at sa isang ibinigay na anggulo sa screen magiging minimum pag-iilaw

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

Kaya, kapag ang pagkakaiba sa landas ng mga sinag na nagmumula sa mga gilid ng slit ay katumbas ng pantay na bilang ng mga kalahating alon, masusunod natin ang mga madilim na guhitan sa screen. Sa mga agwat sa pagitan ng mga ito, masusunod ang maximum na pag-iilaw. Ang mga ito ay tumutugma sa mga anggulo kung saan masira ang harapang alon kakaiba numero mga fresnel zone https://pandia.ru/text/80/353/images/image007_9.gif "width \u003d" 143 "taas \u003d" 43 src \u003d "\u003e, (2)

kung saan k \u003d 1, 2, 3, ..., https: //pandia.ru/text/80/353/images/image008_7.gif "align \u003d" left "width \u003d" 330 "taas \u003d" 219 "\u003e Mga Formula (1) at (2) maaaring makuha, at kung direkta nating ginagamit ang mga kondisyon ng pagkagambala mula sa lab.work No. 66. Sa katunayan, kung kukuha tayo ng dalawang beams mula sa mga kalapit na Fresnel zones ( kahit bilang ng mga zone), pagkatapos ang pagkakaiba ng landas sa pagitan ng mga ito ay katumbas ng kalahati ng haba ng daluyong, iyon ay kakaiba ang bilang ng mga kalahating alon. Samakatuwid, nakagagambala, ang mga sinag na ito ay nagbibigay ng isang minimum na pag-iilaw sa screen, iyon ay, nakuha ang kundisyon (1). Pagpapatuloy sa isang katulad na paraan para sa mga ray mula sa matinding Fresnel zones, para sa kakaiba ang bilang ng mga zone na nakukuha namin formula (2).

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

Kung ang puwang ay masyadong makitid (<< 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.

· Kung ang slit ay napakalawak ( a\u003e\u003e l), pagkatapos ay ang unang pinakamaliit na ay tumutugma sa isang napakaliit na paglihis mula sa paglaganap ng rectilinear sa isang anggulo. Samakatuwid, sa screen nakakakuha kami ng isang geometriko na imahe ng slit, na may hangganan sa mga gilid ng manipis na alternating madilim at magaan na guhitan.

Malinaw na diffractive matataas at minimums ay sinusunod lamang sa intermediate case, kapag ang lapad ng slit a maraming mga Fresnel zone ang magkakasya.

Kapag ang slit ay naiilawan ng nonmonochromatic ( maputi) light diffraction maxima para sa iba't ibang mga kulay na magkakaiba. Ang mas maliit na l, mas maliit ang mga anggulo ng diffraction maxima ay sinusunod. Ang mga ray ng lahat ng mga kulay ay dumating sa gitna ng screen na may pagkakaiba sa landas na katumbas ng zero, samakatuwid ang imahe sa gitna ay magiging puti. Sa kanan at umalis na mula sa gitnang maximum, diffraction salamin sa mata ang una, pangalawa at atbp.... umorder

Diffraction grating

Upang madagdagan ang tindi ng diffraction maxima, hindi isang slit ang ginamit, ngunit isang diffraction grating.

Ang diffraction grating ay isang serye ng mga parallel slits ng parehong lapad apinaghiwalay ng mga opaque gaps ng lapad b... Halaga a+ b = d tinawag panahon o permanenteng diffraction grating.

Ang mga gratings ng diffaction ay ginawa sa baso o metal (sa huling kaso, ang rehas na bakal ay tinatawag na sumasalamin). Gamit ang pinakamagaling na puntong brilyante, gamit ang isang naghahati machine, isang serye ng manipis na parallel stroke ng parehong lapad at matatagpuan sa pantay na distansya mula sa bawat isa ay inilalapat. Sa kasong ito, ang mga stroke na nagkakalat ng ilaw sa lahat ng direksyon ay gumaganap ng papel na opaque gaps, at ang mga buo na lugar ng plato ay ginagampanan ang mga slits. Ang bilang ng mga linya bawat mm sa ilang mga gratings ay umabot sa 2000.

Isaalang-alang ang diffraction mula sa N slits. Kapag ang ilaw ay dumaan sa isang sistema ng magkatulad na mga slits, ang pattern ng pag-diffact ay magiging mas kumplikado. Sa kasong ito, ang mga sinag ay nagkakaiba mula sa iba ang mga slits ay superimposed sa bawat isa sa focal plane ng lens at makagambala sa pagitan nila... Kung ang bilang ng mga slits ay N, pagkatapos ang N beams ay makagambala sa bawat isa. Bilang isang resulta ng diffraction, ang kondisyon ng pagbuo diffraction maxima kukuha ng form

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

Kung ihahambing sa diffraction ng isang slit, ang kondisyon ay nagbago sa kabaligtaran:

Ang maxima kasiya-siyang kondisyon (3) ay tinawag pangunahing... Ang posisyon ng minima ay hindi nagbabago, dahil ang mga direksyon kung saan wala sa mga slits ay nagpapadala ng ilaw ay hindi ito tatanggapin kahit na may mga N slits.

Bilang karagdagan, posible ang mga direksyon kung saan ang ilaw na ipinadala ng iba't ibang mga slits ay napapatay (kapwa kinansela). Sa pangkalahatang kaso, kapag nabuo ang diffraction mula sa N slits:

1) pangunahing matataas

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

3) karagdagang minimums.

Dito, tulad ng dati, a - lapad ng slot;

d \u003d a + b Ang panahon ba ng diffraction grating.

Sa pagitan ng dalawang pangunahing kataas-taasan may mga N - 1 karagdagang mga lows, na pinaghihiwalay ng pangalawang highs (Larawan 5), ang tindi nito ay makabuluhang hindi gaanong kasidhi pangunahing pagtaas.

Ibinigay ang 0 "style \u003d" margin-left: 5.4pt; border-collaps: collaps "\u003e

Ang resolusyon l / Dl ng isang diffraction grating ay naglalarawan sa kakayahan ng rehas na bakal na ihiwalay ang maximum na pag-iilaw, para sa dalawang malapit na wavelength na l1 at l2 sa isang naibigay na spectrum. Dito Dl \u003d l2 - l1. Kung l / Dl\u003e kN, pagkatapos ang maximum na pag-iilaw para sa l1 at l2 ay hindi nalulutas sa spectrum ng kth order.

Order ng trabaho:

Pagsasanay 1. Pagtukoy ng haba ng daluyong ng ilaw gamit ang isang diffraction grating.

1. Ilipat ang sukat gamit ang slit upang maitakda ang diffraction grating sa isang naibigay na distansya na "y" mula sa slit.

2. Humanap ng spectra ng 1, 2, 3 na mga order sa magkabilang panig ng zero maximum.

3. Sukatin ang distansya sa pagitan ng zero maximum at ang unang maximum na matatagpuan sa kanan ng zero - x1, sa pagitan ng zero maximum at ang unang maximum na matatagpuan sa kaliwa ng zero - x2. Hanapin at tukuyin ang anggulo j na naaayon sa isang naibigay na maximum na lakas. Ang mga sukat ay ginawa para sa maxima ng lila, berde at pula na kulay, sa dalas ng 1, 2 at 3 mga order para sa tatlong mga halagang "y". Halimbawa, para sa y1 = 15, y2 \u003d 20 at y3 \u003d 30 cm.

4. Alam ang pare-pareho ang sala-sala ( d \u003d 0.01 mm) at ang anggulo j kung saan sinusunod ang maximum na intensity ng isang naibigay na kulay at pagkakasunud-sunod, hanapin ang haba ng daluyong l sa pamamagitan ng formula:

Dito k kinuha modulo.

5. Kalkulahin ang ganap na error para sa mga nahanap na halaga ng mga haba ng daluyong na naaayon sa lila, berde at pulang mga rehiyon ng spectrum.

6. Ipasok ang mga resulta ng mga sukat at kalkulasyon sa talahanayan.

Kontrolin ang mga tanong at gawain.

1. Ano ang hindi pangkaraniwang kababalaghan?

2. Ano ang pagkakaiba sa pagitan ng Frrnel diffraction at Fraunhofer diffraction?

3. Bumuo ng prinsipyo ng Huygens-Fresnel.

4. Paano maipaliliwanag ang diffraction gamit ang prinsipyo ng Huygens-Fresnel?

5. Ano ang mga Fresnel zones?

6. Anong mga kundisyon ang dapat matugunan upang maobserbahan ang pagkakaiba?

7. Ilarawan ang diffraction mula sa isang slit.

8. Diffraction sa pamamagitan ng isang diffraction grating. Ano ang pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng kasong ito at solong pagkakaiba sa pagkakaiba-iba?

9. Paano matukoy ang maximum na bilang ng diffraction specra para sa isang naibigay na grating na diffraction?

10. Bakit ipinakilala ang mga katangian tulad ng angular dispersion at resolusyon?