Mérése fény hullámhossza egy diffrakciós rács
1. Az Oktatási Minisztérium és a tudomány az Orosz Föderáció Szövetségi Oktatási Ügynökség Caratovsky Állami Műszaki Egyetem, a fény hullámhossza mérés rács módszertani utasításokat teljesítményét laboratóriumi munka a fizika a diákok minden szakterületen a tanulás minden formájának elektronikus kiadása a helyi elosztási Jóváhagyta Szerkesztő Bizottság a Szaratov Állami Műszaki egyetemi
if ($ this-> show_pages_images $ PAGE_NUM doc [ 'images_node_id'])
4 Célkitűzés: Annak meghatározására, a fény hullámhossza egy diffrakciós rács ALAPOK fénydiffrakciós nevezett jelenség, hogy eltérnénk a törvényei egyenes vonalú terjedési a fény miatt hullám természet. Diffrakciós vezet, különösen a fényhullámok áthaladását akadályok körül, és a penetráció a fény a geometriai árnyék. Különösen figyelemre diffrakciós akkor jelentkezik, ha az akadályok számához a fény hullámhossza. Ennek eredményeként a diffrakciós barrier megfigyelt diffrakciós mintázata világos és sötét sávok, gyűrűk, stb alakjától függően az akadály. A diffrakciós mintázat az eredménye mellett (interferencia), az úgynevezett másodlagos fényhullámok. A fogalom a másodlagos fényhullámok által bevezetett Huygens. Aztán ő elképzeléseit fejlesztették Fresnel, aki figyelembe vette a hozzáadott másodlagos fényhullámok. Azt mondjuk, hogy a fény hullám elülső felülete a tér, amelyre a jelenleg elért fényhullámok fázisban. Fénysugarak izotrop közegben mindig merőleges az első a fény hullám. Például, egy pont fényforrás termel egy gömb alakú hullám elöl, és a sugarak széttartó sugárirányban. Szerint a Huygens elv, minden pont a fény hullám előtt lehet tekinteni, mint az önálló forrásból gömbölyű fényhullámok. Ezek a hullámok nevezzük másodlagos. Követően bármikor a hullámfront lehet kialakítani, mint a felszíni burok összes másodlagos hullámok. A szekunder hullámok adunk egymásnak, és bizonyos pontokon tér kölcsönösen erősítik egymást, míg más kölcsönösen gyengíthetik vagy teljesen kialszik. Huygens Fresnel elv alábbiak szerint történik: az amplitúdó a fényhullám a tér bármely pontján hozzáadásával határozzuk meg, a másodlagos hullámok, amelyek jönnek ebben a pontban minden részéből a fény hullám előtt. Diffrakciós egy keskeny rés használja a Huygens Fresnel elv azt a különleges helyzetet diffrakciós egyik keskeny résen. Hagyja, hogy a párhuzamos nyaláb általában beeső átlátszatlan képernyőn, amely egy rés. Párhuzamos gerendák felel meg a sík fény hullám előtt. Szerint a Huygens elv az egyes pontok a hullám előtt rés a forrása a másodlagos gömbölyű hullámok, és elküldi a sugarak minden WHO-4
5 lehetséges irány (1A.). Jelentenek az utat a sugarak gyűjtőlencse képernyőn, és tegyük a fókusz síkjában (ábra. 1b). Minden pontján ezen a képernyőn fogják hajtani másodlagos hullámok a nyílásból, az utolsó lencse és a diffrakciós mintázat jelenik meg a képernyőn. (A) A másodlagos hullámok incidens a lencse minden szög. Különbséget teszünk a sugarak teszik ki egy tetszőleges szöget φ a kezdeti irányt. A lencse összegyűjti a sugarakat egy adott ponton M és fókuszsíkján ezek a sugarak egy adott pontban prointerferiruyut. Annak meghatározására az eredménye beavatkozás használni a módszert a Fresnel zónák. Fresnel zónák azok a területek az úgynevezett elsődleges hullám előtt, hogy a másodlagos hullámok tőlük, összecsukható kölcsönösen kioltják egymást. Osztjuk az első a fényhullámok a különbség a Fresnel zóna ábrán látható. Legyen egy hasíték szélessége, ahonnan egy fénysugár. Csepp a pont merőleges a választása szélsőséges sugár. Értelmi osztják a vonal BC = asinφ számos hosszúságú szegmenst. Mindezeken keresztül a vonalszakaszok párhuzamosan az AU metszéspontjukig AB elosztjuk az első hullám a nyílásba száma csík látható. Január 5 B C (b) egy RIS. M A
6 intenzitása egyenlő szélességű 1, 3, stb Ezeket a csíkokat a Fresnel zónák. A kombinált hatás a két másodlagos hullámok a szomszédos Fresnel zónák M vezet, hogy a kölcsönös kihalás, mivel a hullám a megfelelő részeivel szomszédos zónák (például, legbaloldalibb, középen, stb) jön egy pont eltolt M. Ezért, ha ez a szög φ felel páros számú Fresnel zónák az M pont, amely megfelel ezeknek a gerendák, van egy minimális intenzitással. Ha a zónák számát különös lenne, egy területen kiegyenlítetlen marad, és az M pont van legnagyobb intenzitással. A legtöbb esetben a száma, Fresnel zónák nem egész szám. Ezen szögek van egy közbenső intenzitással. Fejezzük a feltétele a minimum és maximum intenzitás általános módon. Ábrából. Ez azt mutatja, hogy a szám a Fresnel zónák egyenlő egy sin Z. Sőt, a zónák száma lehet integer vagy frakcionált. A maximális pontszám Z legyen páratlan szám, és a minimumok páros egész. Vegyünk egy egész szám, nem egyenlő nullával, k = 1, 3, Bármennyi k páros és (k + 1) páratlan szám. Ezután a ponton a legnagyobb k 1, ha a bűn k 1. A minimális pontok max k, ahol a bűn k. A képernyő közepén, amely megfelel a szög φ = 0, van egy központi csúcs, mint az összes másodlagos hullámok jönnek a központ azonos fázisban. Általában, a diffrakciós mintázat egy fényes központi csík párhuzamos a rés, amelynek intenzitása csökken a szélek felé, és mindkét oldalán a forgalmazási ábra. Június 3 Z = min Z = 3 max Z = 5 max Z = 4 perc
7 tegye váltakozó sötét és világos csíkok. Az intenzitás eloszlása mentén a képernyő ábrán látható. 3. A diffrakciós rács diffrakciós rács a célja, hogy a komplex elbontása összetételét és a fény spektrumát hullámhosszon. Ez jelenti a számát átlátszó rések egyenlő szélességű és elválasztott rések átlátszatlan b szélessége. A gyártást a rács egy üveglapra segítségével egy gyémánt vágó bontó gépre felvisszük egy sor párhuzamos vonallal. Strokes átlátszatlan hiányosságok és intakt közötti teret az átlátszó rések. Per milliméter hosszúságú a rács alkalmazza vonalak 100 és 100, és minden tömb tartalmazhat több stroke, és így, az azonos számú rés során. Az az időszak, az aknarács (vagy rácsállandó) d az összege a rés szélességét a, egy átlátszatlan b rést (ábra. 4). D A B ábra. 4 ÁLLAPOT fő maximális Ahogyan abban az esetben, egyik rés a rács irányul párhuzamos nyaláb, a lencse és a képernyő található, amely fókuszsíkjában (ábra. 5). D A B M RIS. 5 A rács hasíték diffraktált fény. Mindegyik nyílás használják 7
8. forrás másodlagos hullámok. A sugarak eltérni egyes hasítékokba minden lehetséges irányban. A begyűjtött lencse sugarak (másodlagos hullámhossz) zavarja a képernyő síkjában. A diffrakciós mintázat által termelt rácsos lényegesen eltér a diffrakciós minta által termelt egyetlen rés. A jellemző a diffrakciós minta a rács jelenléte keskeny és világos fő maxima, amelyben gyakorlatilag minden energia koncentrálódik. Találunk a feltétele a fő maximum. Megkülönböztetése gerendák érkező a rések egy tetszőleges szöget φ az eredeti irányba (ábra. 5). A gerendák hozzáadásával a maximális erő egymás, az szükséges, hogy az út különbség közöttük, vagyis a távolság különbség, hogy ezek a gerendák haladnak hozzáadása előtt olvadáspontjával egyenlő egész számú hullámhosszon. Más szóval, k, ahol k jelentése egész szám. Ábrából. Az 5. ábra mutatja, hogy a D sin, amelyben az állapot a fő csúcs felírható d sin k, ahol k egész szám = 0, ± 1, ±, úgynevezett magas érdekében. Így lehet maximum nulladrendű, elsőrendű, stb Az elmélet a beavatkozás sok gerendák azt mutatja, hogy igen nagy számú hiányosságok a rács, a képernyő között a fő csúcsok szinte minden sötét lesz, úgyhogy nincs „minimum” az igazi rács figyelhető meg. Minden ponton, ahol nem feltétele a fő csúcs, szekunder hullámok adva szinte kioltják egymást. Ha világítanak rács monokromatikus fényt, azaz a fény egy bizonyos hullámhosszú, a keskeny fény csíkok a sötét háttér jelenik meg a képernyőn (6.). k = - k = -1 k = 0 k = 1 k = RIS. 6 színes sávok határozzák fény hullámhossza. A középső szalag (sáv nulladrendű) felel meg, k = 0. 8
9 maximális száma megfigyelt sávok határozzák meg a feltétel K d sin 1, azaz 1 és k. d diffrakciós spektrum fő csúcsformában átírható Legyen a képernyő közepén, ez van. Ó, eredetét. Helyzete a fő csúcs a képernyőn (azaz. M) határozza meg a távolságot t. D (ábra. 7). Ha mi jelöljük f a gyújtótávolság a lencse, hogy az ábra. A 7. ábrán látható, hogy a FTG. Abban kis szögek tg bűn. Ezután a kis szögek, figyelembe véve a feltétele a fő maximum, megkapjuk k f. 9. ábra. 7 k sin. d d Amint látható, egy adott maximális távolság a sorrendben k az a képernyő közepén arányos a fény hullámhossza. Ha a rács, hogy megvilágítsa a fehér fény, amely a gyűjtemény minden lehetséges hullámhosszon, a helyzet a fő sávjai a képernyő nem esik egybe a különböző hullámhosszakon. A fény felbontható spektrum, ibolya felőli végén a képernyő közepén, lila fény egy rövidebb a hullámhossz (nm), mint a hossza a vörös fény hullámhossz (nm). Bomlásakor a fehér fény a képernyőn fő csúcsok a különböző hullámhosszokon egymás mellett, és a színek a spektrum át folyamatosan egymásba. Ugyanakkor azt tapasztalja néhány spektruma eltérő nagyságrendet (ábra. 8). A képernyő közepén (0) megfigyelt spektruma nulladrendű, nem terjedt ki, mint a hullámhossz, hogy van, a fehér csík. K 1 van szimmetrikusan van elrendezve spektrumok az elsőrendű. Amikor k = ±, ± 3, a megfigyelt spektrumokat a második és a magasabb rendű. Így, diffrakciós spektrumokat fakadhat a képernyőn interferencia a másodlagos hullámok a rács hiányosságok. Másodlagos hullámok jönnek minden szín minden pontján a képernyőn, de kioltják mindenhol, kivéve azokon a helyeken, ahol a feltétele a fő maximum. F O M
Cr 10 F F F Kr Kr Kr P k = - k = -1 k = 0 k = 1 k = RIS. 8 hosszának meghatározására fényhullám keresztül diffrakciós spektrumát kísérleti összeállítás ábrán látható. 9. Az ábrán az alábbi szimbólumokat készül: az egyik megvilágító; lemez színes szűrőkkel; 3 hasíték vágva a fekete képernyő, amely ellen a spektrumok megfigyelt; 4 mm-skálán; 5 ráccsal időszakban d = 0,01 mm; 6, egy nyílás, amelyen keresztül a megfigyelt ábra. 9 megfigyelő szeme közvetlenül mögötte a rács. Lens az optikai rendszer, a szem és a retina kijelző. Diffrakciós spektrum képződik a retinán, hanem a megfigyelő látja a háttérben egy sötét képernyő közel a milliméter skála. Ábra. 10, az egyik a fő csúcsok kialakítva az M pont a retinán. A megfigyelő látja a ponton M egy sötét képernyőn távolsága „nullától maximális (rés)
11 R „O M M RIS. 10 Az a feltétel a fő csúcs d sin k fejezhető ki a hullámhossz d sin. k Mint már említettük, a kis szögek bűn tg. Ábrából. 10 hogy a „tg, ahol r a távolság a megfigyelő szeme a képernyőre. Így kapunk egy általános képletű meghatározására hullámhosszon d”, k r, amely működik ebben a laboratóriumban. Mivel a megfigyelő szeme közel van a rács, a távolság r mérhető a rács a képernyőn. Photo munka szakaszában kísérleti elrendezés ábrán látható. 11. A számok megfelelnek a jelöléseket ábrán. 9. A méréseket a következő sorrendben. Forduljon a megvilágító beállítása ellen a hasíték színtelen szűrő képernyőt egy rés mozdul egy r távolságtól, ami által a tanár. A képernyő láthatónak kell lennie fényes folyamatos spektruma az első és a második sorrendben. Ahhoz, hogy megtalálja a hossza egyes hullámok színe meg kell találni a távolságot „a csúcs a színt a képernyőn található. Erre szolgál, hogy meghatározzuk a távolságot a csíkok egy szín az első és másodrendű és 1 (lásd. Ábra. 1). 11
Ábra 12 k = - k = -1 k = 0 k = 1 k = RIS. 1 Ebben az esetben, az első rendű vonalak kapjunk 1 „1 1, a vonalak” a másodrendű. Ezután, egy működő képlet számított hullámhosszak megfelelő színű 1 és 1 d „d” r r. Az az időszak, az aknarács használt laborban, d = 10 mikrométer. Végül, az átlagos hullámhossz a hullámhossz 1. Az meghatározása előállítására különböző színekben, például vörös, kék és zöld (a utasításokat a tanár). Ezután állítsa be a színszűrők, megegyező előre meghatározott szín és a mérést megismételjük, összehasonlítva a kapott értékeket
13 chennye alkalmazásakor színtelen és színes szűrők. A jelentés a munka meg kell adni előre színszűrő alapérték r, minden minta esetében írásos magyarázatot értékek az összes számot a tápszer és a helyettesített dolgozó kiszámított értékeit hullámhosszak és átlagos értéke. KÉRDÉSEK A jelentés 1. Mi a fény abból a szempontból elektromágneses elmélet. Mi a jelenség a diffrakciós fény? 3. Határozza meg és ismertesse az elvet Huygens-Fresnel. 4. megmagyarázni a jelenséget a diffrakciós egy keskeny résen. 5. Mi a rácsot? Megmagyarázni a jelenséget diffrakciós a diffrakciós rács. 6. Magyarázza bomlását fehér fény egy spektruma segítségével ráccsal. 7. Hogyan határozza meg a hullámhossz keresztül diffrakciós rács? Ismertesse a működési formula. IRODALOM 1. LD Goldin útmutató laboratóriumi munka fizika / LD Goldin.- M. Science. Minden évben a közzététel. Gombák LA alapjai Physics / LA gomba, NI Prokofeva.- M. Gradarika, Detlaf AA fizika tantárgy / AA Detlaf VM Yavorskiy.- M. magasabb iskolai , Yevseyev L. iránymutatások nyilvántartási jelentések laboratóriumi munka a fizika. / LA Evseeva.- Sarat. állam. tehn. Univ. - Szaratov: Szaratov Állami Műszaki Egyetem, Savelyev IV pálya az általános fizika, t / IV Savelev.- M. Tudomány, Ch .. Ed. Sci. Irodalom. Minden évben a közzététel. 6. Trofimova TI A kurzus a fizika. / TI Trofimova.- M. Gimnázium,