"Fizika-2" osztály
A diffrakciós rács fénydiffrakciójának vizsgálata
Célkitűzés: diffrakciós mintázat vizsgálata a diffrakciós rácsban a továbbított fényben; Az állandó diffrakciós rács és a monokromatikus fény hullámhossza.
Készülékek és tartozékok: a hallgató PMC 3 munkahelye, amely magában foglalja: egy optikai padot (szerelőlap); fényforrás (lézer); diafragma résszel (diffrakciós akadály); diffrakciós rács, milliméteres rács.
Ha akadályokat találnak az útjukon, akkor a fényhullámok eltérhetnek a szomszédság egyenes vonalától a geometriai árnyék területére. A hullámok terjedésének eltérései a geometriai optika törvényei alapján diffrakciónak nevezik (kivéve a fény különbözeteit különböző optikai sűrűségű két médium közötti interfésszel). A diffrakció hullámához valójában beletartoznak azok a hatások, amelyek akkor következnek be, amikor a hullámok bármilyen méretű objektummal érintkeznek, még a diffrakciós hullám hosszához képest is kicsiek.
Nagy gyakorlati jelentőségű a fény diffrakciója, amikor diffrakciós rácsra esik. A legegyszerűbb esetben a diffrakciós rács egy párhuzamos rés, amely egyenlő szélességű átlátszatlan szakaszokkal van elválasztva.
Az 1. ábrán. Az 1. ábrán látható a diffrakciós rács fő jellemzői.
A fényintenzitás eloszlását a diffrakciós mintában a megfigyelési ponton érkező másodlagos hullámok interferenciája határozza meg a diffrakciós rács különböző résekén. Gyakrabban a diffrakciós rácson történő diffrakció megfigyeléséhez a körülmények akkor jönnek létre, amikor egy síkhullám (Fraunhofer diffrakció) rendszerint a diffrakciós rácsra esik. Ebben az esetben a párhuzamos gerendáknál a diffrakció figyelhető meg. Az elmélet szerint egy ilyen diffrakciós mintázat végtelenül lokalizálódik, és megfigyeléséhez gyűjtőlencsét kell használni.
Az egyes rések szélessége a. az áttetsző rés szélessége b. A d a b mennyiséget a diffrakciós rács állandó (vagy periódusának) nevezzük. Mindkét rés - áttetsző és átlátszatlan - lökést képez.
Az 1. ábrán. Az 1. ábra a párhuzamos gerendák menetét mutatja a diffrakciós rács előtt és után. A fénysugár általában a diffrakciós rács (DR) síkjához esik. Ennek eredményeként a diffrakciós fény által eltérített egy bizonyos szögben (diffrakciós szög) a gyűjtőlencse és a képernyő L. E. L. található a fókuszsíkjában kialakított lencse a diffrakciós mintázat, ez egy olyan rendszer a maximumok és minimumok a fény. Vizuális megfigyeléssel a lencse szerepét a szemlencse játssza.
A fény kezdeti terjedésének irányában egy M0 központi maximum (vagy maximális zérus sorrend) kerül megállapításra. Az 1., 2., 3. és más magasabb megrendelések (M1, M2, M3) maximális értékei szimmetrikusak a nullpontok maximális értéke tekintetében mindkét oldalán. A maxima pozícióját a k (k 0, 1, 2, 3) diffrakciós szögek ilyen értékei határozzák meg, amelyekhez a megfigyelési ponton érkező hullámok minden résből erősítik egymást.
A maximális intenzitás maximális zéró sorrendben van. Ha a növekvő szám a maximális sorrendben van, akkor a maximális intenzitás gyengül.
A rácson a fény normál előfordulása esetén a fő maximumok helyzete az alábbi feltételektől függ:
ahol a diffrakciós szög, vagyis a normál és a rács közötti szög és a rácson lévő sugarak elhajlásának iránya; a diffrakciós hullám hossza; k a maximális (k 0, 1, 2, 3) sorrendje.
Feltételek megfigyelés maxima az alábbiak szerint történik: a diffrakciós csúcsok diffrakciós síkhullám ráccsal megfigyelt azon pontok térben, amelyre a terméket egy konstans szinuszos diffrakciós rács a diffrakciós szög egyenlő páros számú fél hullámhossz.
A minima helyzetét az állapottól határozzák meg
dsin (2k 1)
Feltételek betartásával minimumok az alábbiak szerint történik: minimumok a diffrakciós síkhullám által diffrakciós rács megfigyelt azon pontok térben, amelyre a terméket egy konstans szinuszos diffrakciós rács a diffrakciós szög egyenlő páratlan számú fél-hullámhossz.
Amint az 1. feltételből következik, a szögek, amelyeknél a fény maxima megfigyelhető, a hullámhossztól függnek. Így, ha a diffrakciós rács esik nem monokromatikus fényt, és a fény egy komplex spektrum, miután a diffrakciós rács a képernyőn megfigyelt tartományban, ibolya sugarakat eltéríti rudak a kisebb szögek, mint a piros (F <КР ). В месте расположения нулевого максимума (k 0, 0) находятся нулевые максимумы всех длин волн дифрагирующего света, накладывающиеся друг на друга. При попадании на дифракционную решетку белого света нулевой максимум остается белым (неокрашенным), а по обе стороны от него симметрично относительно нулевого максимума располагаются максимумы более высоких порядков, при этом последовательность их окраски подчиняется условиям (1): фиолетовая часть спектра обращена к центру дифракционной картины, а красная часть − наружу. Это свойство дифракционной решётки можно использовать для исследования спектрального состава падающего света, то есть дифракционная решётка может быть использована как спектральный прибор.
A szélessége a spektrum a képernyőn függ a rendezettség és egy állandó rács (szószátyárság spektrum növekszik a sorrendben a spektrum és a csökkenés a rácsállandó).
A diffrakciós rács gerenda eltérésének geometriájából kiszámítható a diffrakciós szög, 2.
-ban
ahol lk a z zéró maximális és a k maximális rendje közötti távolság; D a diffrakciós rács (DR) síkjának a síkhoz (E) való távolsága.
A kísérleti körülmények között a k szögek kicsiek (kb. 2 ° - 3 °), ezért feltételezhetjük, hogy tg k sin k, majd bűn k
A (2) képlet segítségével meghatározzuk a rácsos konstans értéket, a kísérletben megfigyelt diffrakciót.