A fény hullámhosszának meghatározása diffrakciós rács segítségével

1. FÉNYSZÓLÓDÁS

A fény diffrakciója az a jelenség, amikor a fény meghajlik az útjába kerülő akadályok körül, amit egy fényhullám energiájának térbeli újraeloszlása ​​kísér – interferencia.

A fényintenzitás eloszlása ​​a diffrakciós mintában a Huygens-Fresnel elv alapján számítható ki. Ezen elv szerint a fényhullám frontjának minden pontja, vagyis az a felület, amelyre a fény terjedt, másodlagos koherens fényhullámok forrása (kezdeti fázisuk és frekvenciáik azonosak); az ebből adódó rezgés a tér bármely pontjában az összes ide érkező másodlagos hullám interferenciájának köszönhető, figyelembe véve azok amplitúdóit és fázisait.

A fényhullámfront helyzete bármely pillanatban meghatározza az összes másodlagos hullám burkológörbéjét; a hullámfront bármilyen deformációja (a fény és az akadályok kölcsönhatása miatt) a fényhullámnak az eredeti terjedési iránytól való eltéréséhez vezet - a fény behatol a geometriai árnyék tartományába.

2. Diffrakciós rács

Az átlátszó diffrakciós rács olyan üveglemez vagy celluloid film, amelyen egy speciális maróval szigorúan meghatározott távolságokban keskeny, durva, fényt át nem eresztő barázdákat (löketeket) vágnak. A zavartalan, átlátszó rés (rés) szélességének és a horony szélességének összegét rácsállandónak vagy periódusnak nevezzük.

Legyen egy sík monokromatikus fényhullám, amelynek hullámhossza a rácsra esik (vegyük a legegyszerűbb esetet - a hullám normál beesését a rácson). A rács átlátszó réseinek minden pontja, amelyet a hullám elér, a Huygens-elv szerint másodlagos hullámok forrásává válik. A rácsok mögött ezek a hullámok minden irányba terjednek. A fénynek a normáltól a rácshoz viszonyított eltérési szögét diffrakciós szögnek nevezzük.

Tegyünk egy konvergáló lencsét a másodlagos hullámok útjába. Fókuszfelületének megfelelő helyére fókuszálja az összes, azonos diffrakciós szögben terjedő másodlagos hullámot.

Annak érdekében, hogy ezek a hullámok egymásra helyezve maximalizálják egymást, szükséges, hogy a két szomszédos rés megfelelő pontjaiból, azaz e rések széleitől egyenlő távolságra lévő pontokból érkező hullámok fáziskülönbsége egyenlő legyen egy páros szám vagy a hullámok lefolyásának különbsége egész számmal egyenlő m hullámhosszak. Az 1. ábrán látható, hogy az 1. és 2. hullám útjai közötti különbség

a P pont esetében:

Ezért a kapott fényhullám intenzitásmaximumának feltétele a diffrakciós rácsról való diffrakció esetén a következőképpen írható fel:

, (2)

ahol a plusz jel pozitív útkülönbségnek, mínusz - negatívnak felel meg.

A maximumot kielégítő feltételt (2) főnek, számnak nevezzük m főmaximumok sorrendjének vagy a spektrum rendjének nevezzük. érték m=0 nulladrendű maximumnak felel meg (központi maximum). A nulladik sorrendnek egy maximuma van, az első, a második és a magasabb rendű maximumok - kettő a nullától balra és jobbra.

A fő maximumok helyzete a fény hullámhosszától függ. Ezért, ha a rácsot fehér fénnyel világítjuk meg, a nulla kivételével minden rend maximuma, amely különböző hullámhosszoknak felel meg, egymáshoz képest eltolódik, azaz spektrummá bomlik. Ennek a spektrumnak az ibolya (rövid hullámhosszúságú) határa a diffrakciós mintázat közepére, a vörös (hosszú hullámhosszú) a perifériára irányul.

3. Telepítési leírás

A munka egy GS-5 spektrogoniométeren történik, amelyre diffrakciós rácsot szereltek fel. A goniométer egy olyan eszköz, amelyet a szögek pontos mérésére terveztek. A GS-5 spektrogoniométer megjelenése a 2. ábrán látható.

2. ábra

Az állítható mikrométeres csavarral 2 spektrális réssel felszerelt 1 kollimátor fix állványra van felszerelve. A rés a (higanylámpa) felé néz. A 3 tárgyasztalon egy átlátszó diffrakciós rács 4 van felszerelve.

A diffrakciós mintát a 6 teleszkóp 5 okulárján keresztül figyeljük meg.

A munka célja a diffrakciós rács tanulmányozása, jellemzőinek megtalálása és segítségével a higanygőz emissziós spektrumának fényhullámok hullámhosszának meghatározása.

Az USTU-UPI Fizikai Tanszék fizikai műhelyének laboratóriumában a 29. számú laboratóriumi munka során higanylámpát használnak a vonalspektrum forrásaként, amelyben elektromos kisülés során a sugárzás vonalspektruma. keletkezik, amely a GS-5 spektrogoniométer kollimátorán áthaladva egy diffrakciós rácsra esik (a GS-5 fotó a címfájlban található). A kísérletvezető néhány másodperces pontossággal meghatározza a diffrakciós szöget úgy, hogy a szemlencse látóvonalát a spektrum megfelelő vonalára irányítja, majd a fent leírt módszerrel kiszámítja a kiválasztott vonal hullámhosszát.

A munka számítógépes változatában a kísérletek lefolytatásának feltételeit meglehetősen pontosan modellezik. A kijelzőn egy okulár reprodukálódik, melynek látóvonalát bármely kiválasztott spektrumvonalra, pontosabban a színcsík közepére kell irányítani, ami akár több ívmásodpercig is növeli a szögmérés pontosságát.

A higanygőz valós spektrumához hasonlóan a spektrum négy legfényesebb látható vonala is „generálódik” a számítógépes munkában: lila, zöld és két sárga vonal. A spektrumok a központi (fehér) maximumhoz képest tükörszimmetrikusak. Alul, a szemlencse alatt a jobb tájékozódás érdekében a higanyspektrum összes vonala egy vékony fekete csíkon látható. És a két sárga vonal eggyé olvad. A helyzet az, hogy ezek a vonalak egymás mellett helyezkednek el, és közeli hullámhosszúak - az úgynevezett dublett, de egy jó diffrakciós rácson szét vannak választva (felbontva), ami látható a szemlencsében. Ebben a cikkben az egyik feladat a diffrakciós rács felbontásának meghatározása.

Tehát, ha a kurzort a "Mérések" fölé viszi, és megnyomja a bal egérgombot, elkezdheti a mérést. A szemlencsét négy különböző módban „forgathatja” balra és jobbra egyaránt, amíg egy színes függőleges vonal meg nem jelenik a szemlencse látómezejében. A szemlencse fekete függőleges irányvonalát a színes csík középső részére kell irányítani, míg a diffrakciós szög értékei több ívmásodperces pontossággal jelennek meg a digitális kijelzőn. A spektrumvonalak körülbelül 60 és 150 fok között helyezkednek el. Ugyanakkor a szögek számértékeinek pontossága és ennek következtében a kapott eredmények helyessége a kísérletek alaposságától függ. A kísérletvezetőnek lehetősége van kiválasztani a mérési sorrendet

A mérési eredményeket be kell vezetni a jegyzőkönyv megfelelő táblázataiba, és el kell végezni a szükséges számításokat.

4.1 A higanygőz spektrumvonalainak hullámhosszának meghatározása.

A méréseket az elsőrendű spektrumvonalakra (m=1) végezzük. Rácsállandó d = 833,3 nm., Hossza (szélessége) 40 mm. A szög szinuszának értéke a megfelelő táblázatokból vagy számológép segítségével határozható meg, azonban figyelembe kell venni, hogy az ívmásodperceket és -perceket fokok tizedesjegyére kell váltani, azaz 30 perc 0,5 fokkal egyenlő stb.

A mérési eredményeket a jegyzőkönyv 2. táblázata rögzíti (lásd Melléklet). A hullámhossz értékét a (2) képlet segítségével kapjuk meg:

4.2 A diffrakciós rács jellemzőinek számítása.

Maximális rendelési érték m Bármely diffrakciós rács diffrakciós spektruma meghatározható normál fény rácsra való beesése esetén a következő képlettel:

Jelentése m max a legnagyobb hullámhosszra van meghatározva - ebben a munkában a második sárga vonalra g. A spektrumok legmagasabb rendje megegyezik az arány egész részével (kerekítés nélkül!).

Felbontás R a diffrakciós rács jellemzi, hogy képes szétválasztani (feloldani) a hullámhosszban alig eltérő spektrumvonalakat. A-priory

hol az a hullámhossz, amely közelében a mérést végezzük;

A spektrumban külön-külön észlelt két spektrumvonal hullámhossza közötti minimális különbség.

Az értéket általában a Rayleigh-kritérium határozza meg: két spektrális vonal, és megengedettnek tekinthető, ha a maximum nagyságrendű. m az egyik (hosszabb hullámhosszú), a feltétel határozza meg

,

egybeesik az első további minimummal az azonos sorrendű spektrumban m a feltétel által meghatározott másik sorhoz:

.

Ezekből az egyenletekből az következik

,

és a rácsfelbontás egyenlőnek bizonyul

(6)

Így a rács felbontása a sorrendtől függ m spektrumból és a teljes számból N a rács munkarészének ütései, vagyis azon rész, amelyen a vizsgált sugárzás áthalad, és amelytől a keletkező diffrakciós mintázat függ. Az (5) képlet szerint a felbontóképesség megtalálható R az elsőrendű spektrumhoz használt rács (m=1).

Az (5)-ből az következik, hogy két és két spektrumvonalat a spektrum diffrakciós rácsa felbont m- sorrendben, ha:

. (7)

A talált érték felhasználásával R, az (5) képlet kiszámítja (nanométerben) a spektrum φ, z és z vonalaihoz közeli spektrumvonalak lineáris felbontását

(9)

ahol a szögtávolság két olyan spektrumvonal között, amelyek hullámhossza különbözik egymástól.

Képlet a D A (2) összefüggés differenciálásával kapjuk meg: a bal oldalt a diffrakciós szög szempontjából, a jobb oldalt pedig a hullámhossz szerint:

,

(10)

Így a rács szögdiszperziója a spektrum m nagyságrendjétől, az állandótól függ d rács és a diffrakciós szögből .

A (8) képlet segítségével meghatározható ("/nm ívmásodperc per nanométerben") a használt diffrakciós rács szögdiszperziója a spektrum összes mért hullámhosszának megfelelő diffrakciós szögekre.

A kapott eredményeket a jelentés 2. táblázata rögzíti (lásd a mellékletet).

5. Ellenőrző kérdések

1. Mi a fénydiffrakció jelensége?

2. Fogalmazzuk meg a Huygens-Fresnel elvet!

3. Mekkora a diffrakciós rács felbontása és mitől függ?

4. A szögdiszperzió kísérleti meghatározása D diffrakciós rács?

5. Milyen diffrakciós mintát kapunk egy átlátszó rácsból?

FÜGGELÉK

JELENTÉSŰ ŰRLAP

Címlap:

U G T U - U P I

Fizika Tanszék

JELENTÉS

laboratóriumi munkákhoz 29

Diffrakciós rácsok vizsgálata. A fény hullámhosszának meghatározása diffrakciós rács segítségével

Diák______________________________

Csoport ___________________________________

Dátum _________________________________

Tanár……………………….

A belső oldalakon:

1. Számítási képletek:

hol a hullámhossz;

m a spektrum sorrendje (m=1).

2. A sugárforrás egy higanylámpa.

3. Sugárút

4. Diffrakciós szögek és hullámhosszak mérési eredményei

a higanygőz spektrumvonalai. Asztal 1

Spektrális vonal

Maximális rendelés, m

5. A szükséges értékek kiszámítása.

2. táblázat A diffrakciós rács jellemzői

Időszak d	Legmagasabb Rendelés m Spectra	megengedő	Lineáris Engedély	Szögdiszperzió D vonalakhoz higany, ”/ nm

6. A hullámhosszok mérési hibáinak becslése a következő képlettel történik:

A higanygőz spektrumvonalainak hullámhosszainak táblázatos értékei:

lila - 436 nm,

zöld - 546 nm,

1 sárga - 577 nm,

2 sárga - 579 nm.

Célkitűzés: koherens fényforrások előállítására és a fény hullámhosszának meghatározására szolgáló módszerek megismerése Young-féle interferencia módszerrel és Fresnel-biprizmával.

Műszerek és tartozékok: : optikai pad zseblámpával, okulár-mikrométer, asztal a dupla réses lemez rögzítéséhez, konvergáló lencse, üvegszűrő készlet, Fresnel biprizma..

1. Feladat.

Young módszere.

Az S pontból (13. ábra) egy monokromatikus gömb alakú fényhullám terjed, amely két nagyon kicsi és egymáshoz közel lévő résre és a lemezbe esik. A Huygens-elv szerint ez a két lyuk a fényrezgések független forrása; koherens hullámok jönnek ki ezekből a forrásokból.

A lemez mögött egymásra épülő koherens hullámok interferencia lép fel, melynek forrása a rések és .

A koherens forrásoktól és az E 2 képernyőtől való ismert távolságokkal és - a források között a képlet szerint (2.6) az interferencia peremek szélességének mérésével meghatározhatjuk a fény hullámhosszát.

Munkarend

1. Helyezzen be egy dupla réssel ellátott lemezt a fényforrástól távolabb, kapcsolja be. A kettős réslemeznek az optikai padra merőleges mozgatásával, hogy interferencia szegélyeket kapjunk a szemlencsében. A lemez kettős hasítékkal történő mozgatásával az interferenciaperemek világosak és tiszták lesznek.

2. Mérd meg a távolságot a sötétek között. A pontosabb meghatározás érdekében meg kell mérni a távolságot a távoli, de jól látható sávok között, és el kell osztani a köztük lévő fényes sávok számával.

4. Ismételje meg a kísérletet többször különböző szűrőkkel

5. Rögzítse az eredményeket egy táblázatban a hiba kiszámításához.

6. Hasonlítsa össze az eredményeket a táblázatos értékekkel a következtetés levonásához.

2. gyakorlat.

Fresnel biprizma módszer

A biprizma két egyforma prizma, amelyek alapjainál kis törésszögek vannak összehajtva. A biprizmára beeső fénysugár egy forrás résnyílásából S(14. ábra) a biprizmában bekövetkező fénytörés miatt két egymást átfedő sugárnyalábra oszlik, mintha két képzeletbeli forrásból származna. S 1 és S 2. A biprizma mögött, az egymást átfedő fénysugarak teljes területén interferenciamintázat lesz megfigyelhető váltakozó párhuzamos világos és sötét csíkok formájában. Fehér fény esetén a csíkok irizálnak.

A fényhullám hosszának meghatározásához a (2.6) képletet használjuk.

Ezzel a képlettel kísérletileg meg lehet határozni a monokromatikus fény hullámhosszát. Ebben a cikkben a ∆ x mérlegen számolni szemlencse -mikrométer(lásd fent). Távolság t képzeletbeli források között S 1 és S A 2. ábrát közvetetten mérjük konvergáló lencse segítségével (15. ábra).

A fény hullámhosszának meghatározása diffrakciós rács segítségével

Célkitűzés: a látható spektrum különböző részein lévő fényhullámok hosszának meghatározása diffrakciós rács segítségével.

Műszerek és tartozékok: diffrakciós rács; réses lapos mérleg és optikai padra szerelt matt képernyős izzólámpa; milliméteres vonalzó.

1. A MÓDSZER ELMÉLETE

A hullámdiffrakció az akadályok körül elhajló hullám. Az akadályokon különféle inhomogenitásokat értünk, amelyeket a hullámok, különösen a fényhullámok megkerülhetnek, eltérve az egyenes vonalú terjedéstől, és egy geometriai árnyék tartományába kerülhetnek. Diffrakció akkor is megfigyelhető, amikor a hullámok áthaladnak a lyukakon, és meghajlanak a széleik körül. A diffrakció észrevehetően hangsúlyos, ha az akadályok vagy lyukak méretei a hullámhossz nagyságrendjében vannak, és akkor is, ha azok méreteihez képest nagy távolságra vannak tőlük.

A fényelhajlás gyakorlati alkalmazást talál diffrakciós rácsokban. A diffrakciós rács minden olyan periodikus szerkezet, amely befolyásolja az ilyen vagy olyan jellegű hullámok terjedését. A legegyszerűbb optikai diffrakciós rács egy sor azonos párhuzamos, nagyon keskeny rések sorozata, amelyeket azonos átlátszatlan csíkok választanak el egymástól. Az ilyen átlátszó rácsokon kívül léteznek fényvisszaverő diffrakciós rácsok is, amelyekben párhuzamos egyenetlenségekről verődik vissza a fény. Az átlátszó diffrakciós rácsok általában olyan üveglapok, amelyekre egy speciális elválasztógép segítségével gyémánttal csíkokat (vonásokat) húznak. Ezek a vonások szinte teljesen átlátszatlan rések az üveglap ép részei - a rések között. A hosszegységenkénti ütések száma a rácson van feltüntetve. Az (állandó) rács periódusa d ábrán látható módon egy átlátszatlan vonás teljes szélessége plusz egy átlátszó rés szélessége. Az 1. ábrán látható, hogy a vonások és csíkok a minta síkjára merőlegesen helyezkednek el.

Essen párhuzamos fénysugár a rácsra (GR) annak síkjára merőlegesen, ábra. 1. Mivel a rések nagyon keskenyek, a diffrakciós jelenség erősen kifejezett lesz, és az egyes résekből származó fényhullámok különböző irányokba fognak menni. A következőkben az egyenes vonalúan terjedő hullámokat a sugarak fogalmával azonosítjuk. Az egyes résekből terjedő teljes sugárhalmazból kiválasztunk egy párhuzamos sugarakat, amelyek egy bizonyos  szöget (elhajlási szöget) zárnak be a rácssíkra húzott normálhoz képest. Ezekből a sugarakból tekintsünk két sugarat, az 1-et és a 2-t, amelyek két megfelelő pontból származnak Aés C a szomszédos nyílások, amint az az ábrán látható. 1. Rajzolj közös merőlegest ezekre a sugarakra! AB. Pontokban Aés C az oszcillációk fázisai azonosak, de a szegmensen CB a sugarak között  egyenlő útkülönbség van

 = d bűn. (egy)

Egyenes után AB az 1. és 2. gerenda közötti útkülönbség  változatlan marad. ábrából látható. Az 1. ábrán ugyanaz az útkülönbség lesz az összes szomszédos rés megfelelő pontjából azonos  szögben haladó sugarak között.

Rizs. 1. ábra Fény áthaladása diffrakciós rácson DR: L egy konvergáló lencse, E egy képernyő a diffrakciós mintázat megfigyelésére, M a párhuzamos sugarak konvergenciapontja

Ha most ezeket a sugarakat, azaz a hullámokat egy pontra redukáljuk, akkor az interferencia jelensége miatt vagy erősítik vagy gyengítik egymást. A maximális erősítés, ha a hullámok amplitúdóit összeadjuk, akkor következik be, ha a köztük lévő útkülönbség egyenlő a hullámhosszok egész számával:  = k, hol k egész szám vagy nulla,  a hullámhossz. Ezért a feltételt kielégítő irányban

d bűn = k , (2)

 hullámhosszú fényintenzitás maximumait figyeljük meg.

Az azonos szögben  bemenő sugarakat egy pontba ( M) konvergáló L lencsét használnak, amelynek az a tulajdonsága, hogy a fókuszsíkjának egyik pontjában, ahol az E képernyőt elhelyezik, párhuzamos sugarakat gyűjt össze. a lencse síkja; távolság f e síkok között egyenlő a lencse gyújtótávolságával, 1. ábra. Fontos, hogy a lencse ne változtassa meg az útkülönbséget , és a (2) képlet érvényben maradjon. A lencse szerepét ebben a laboratóriumi munkában a megfigyelő szemének lencséje tölti be.

Azokban az irányokban, ahol a diffrakciós szög  értéke nem elégíti ki a (2) összefüggést, a fény részleges vagy teljes csillapítása következik be. Különösen a találkozási pontra ellentétes fázisban érkező fényhullámok teljesen kioltják egymást, és a képernyő megfelelő pontjain a megvilágítási minimumok figyelhetők meg. Ezenkívül minden rés a diffrakció miatt különböző intenzitású sugarakat küld különböző irányokba. Ennek eredményeként a képernyőn megjelenő kép meglehetősen összetett formájú lesz: a (2) feltétel által meghatározott fő maximumok között további, vagy oldalsó maximumok találhatók, amelyeket nagyon sötét területek választanak el - diffrakciós minimumok. A képernyőn azonban gyakorlatilag csak a fő maximumok lesznek láthatóak, hiszen az oldalsó maximumokban a fényerősség, a minimumokról nem is beszélve, nagyon kicsi.

Ha a rácsra beeső fény különböző hosszúságú  1 ,  2 ,  3 , ... hullámokat tartalmaz, akkor a (2) képlettel minden kombinációra kiszámítható kés  a diffrakciós szög  értékei, amelyekre a fényintenzitás fő maximumai figyelhetők meg.

Nál nél k= 0  bármely értékére  = 0, azaz a rács síkjára szigorúan merőleges irányban minden hosszúságú hullám felerősödik. Ez az úgynevezett nulla rendű spektrum. Általában a szám kértékeket vehet fel k= 0, 1, 2 stb. Két előjel, , minden értékre k 0 két diffrakciós spektrumrendszernek felel meg, amelyek szimmetrikusan helyezkednek el a nulladrendű spektrumhoz képest, attól balra és jobbra. Nál nél k= 1 a spektrumot elsőrendű spektrumnak nevezzük, amikor k= 2 megkapjuk a másodrendű spektrumot stb.

Mert mindig |bűn|  1, akkor a (2) relációból az következik, hogy adottra dés  érték k nem lehet önkényesen nagy. Maximum lehetséges k, azaz a spektrumok határszáma k max , egy adott diffrakciós rácsra a (2)-ből következő feltételből kaphatjuk meg, figyelembe véve, hogy |sin|  1:

Így k max egyenlő az arányt meg nem haladó maximális egész számmal d/. Mint fentebb említettük, minden rés különböző intenzitású sugarakat küld különböző irányokba, és kiderül, hogy a diffrakciós szög  nagy értékeinél a kibocsátott sugarak intenzitása gyenge. Ezért a spektrumok nagy értékű | k|, amelyet nagy szögben  kell megfigyelni, gyakorlatilag nem lesz látható.

Az a kép, amely monokromatikus, azaz egy meghatározott hullámhosszal  jellemezhető fény esetén jelenik meg a képernyőn, az ábrán látható. 2a. Sötét háttéren egy különálló, azonos színű világos vonalak rendszere látható, amelyek mindegyike megfelel a saját értékének. k.

Rizs. 2. A diffrakciós ráccsal kapott kép nézete: a) monokromatikus fény esete, b) fehér fény esete

Ha nem monokromatikus fény esik a rácsra, amely különböző hosszúságú hullámokat tartalmaz (például fehér fény), akkor egy adott k 0 különböző hosszúságú hullám  különböző szögekben erősödik , és a fény spektrumra bomlik, amikor minden érték k a spektrumvonalak teljes halmazának felel meg, ábra. 2b. A diffrakciós rács azon képességét, hogy a fényt spektrummá bontja, a gyakorlatban spektrumok megszerzésére és tanulmányozására használják.

A diffrakciós rács fő jellemzője a felbontása Rés variancia D. Ha két közeli  1 és  2 hullámhosszú hullám van a fénysugárban, akkor két egymáshoz közeli diffrakciós maximum jelenik meg. Kis  =  1   2 hullámhossz-különbséggel ezek a maximumok eggyé olvadnak, és nem láthatók külön. A Rayleigh-feltétel szerint két monokromatikus spektrumvonal külön-külön is látható abban az esetben, ha egy  1 hullámhosszú vonal maximuma a  2 hullámhosszú vonal legközelebbi minimuma helyére esik, és fordítva, amint az az ábrán látható. Ábra. 3.

Rizs. 3. A Rayleigh-feltételt magyarázó séma: én– a fény intenzitása relatív egységekben

Általában egy diffrakciós rács (és más spektrális műszerek) jellemzésére nem a minimális  értéket használják, amikor a vonalakat külön-külön nézzük, hanem egy dimenzió nélküli értéket.

felbontásnak nevezzük. Diffrakciós rács esetén a Rayleigh-feltétel segítségével igazolható a képlet

R = kN, (5)

ahol N- a rács szélességének ismeretében megtalálható összes rácslöketszám Lés időszak d:

Szögdiszperzió D két spektrumvonal közötti  szögtávolság határozza meg, a hullámhosszaik  különbségére vonatkoztatva:

Megmutatja a sugarak diffrakciós szögének  változásának sebességét a  hullámhossz változásától függően.

A (7)-ben szereplő / arányt a deriváltra cserélve találhatjuk meg d/d, amely a (2) összefüggés segítségével számítható ki, ami megadja

. (8)

Kis  szögek esetén, amikor cos  1, akkor (8)-ból kapjuk

A szögeloszlással együtt D lineáris diszperziót is használjunk D l, amelyet a  lineáris távolság határoz meg l a képernyőn látható spektrumvonalak között, a hullámhosszuk különbségére utalva :

ahol D a szögeloszlás, f az objektív gyújtótávolsága (lásd 1. ábra). A második képlet (10) kis  szögekre érvényes, és akkor kapjuk meg, ha figyelembe vesszük, hogy ilyen szögeknél  l  f .

Minél nagyobb a felbontás Rés variancia D, annál jobb minden olyan spektrális eszköz, amely különösen diffrakciós rácsot tartalmaz. Az (5) és (9) képlet azt mutatja, hogy egy jó diffrakciós rácsnak nagyszámú hornyot kell tartalmaznia. Nés rövid ideig tart d. Ezenkívül kívánatos magasabb rendű spektrumok használata (nagy értékkel k). Azonban, amint fentebb megjegyeztük, az ilyen spektrumok rosszul láthatók.

Ennek a laboratóriumnak a célja a fény hullámhosszának meghatározása a spektrum különböző tartományaiban diffrakciós rács segítségével. A beállítási diagram az ábrán látható. 4. A fényforrás szerepét egy téglalap alakú lyuk (rés) tölti be. DE Shk léptékben, matt képernyős izzólámpával megvilágítva S. A DR diffrakciós rács mögött elhelyezkedő D megfigyelőszem a rés virtuális képét azokban az irányokban figyeli, amelyekben a rács különböző réseiből érkező fényhullámok kölcsönösen felerősítik, azaz a fő maximumok irányaiban.

Rizs. 4. A laboratórium elrendezésének vázlata

Harmadik rendűnél nem magasabb spektrumokat vizsgálunk, amelyeknél az alkalmazott diffrakciós rács esetén a diffrakciós szögek  kicsik, ezért szinuszukat érintőkkel helyettesíthetők. A  szög érintője viszont, amint az az ábrán látható. 4, egyenlő az aránnyal y/x, ahol y- távolság a lyuktól A a spektrumvonal virtuális képéhez a skálán, és x a mérleg és a rács távolsága. És így,

. (11)

Ekkor a (2) képlet helyett a , honnan lesz

2. A MUNKAVÉGZÉS RENDJE

1. Szerelje fel az ábrán látható módon. 4, mérleg lyukkal DE az optikai pad egyik végén az izzólámpa közelében S, és a diffrakciós rács a másik végén. Kapcsolja be a lámpát, amely előtt matt képernyő található.

2. A rácsot a pad mentén mozgatva győződjön meg arról, hogy az elsőrendű jobb spektrum piros szegélye ( k= 1) egybeesik az Shk-skála bármely egész osztásával; írja le az értékét y táblázatban. egy.

3. Vonalzó segítségével mérje meg a távolságot x erre az esetre, és adja meg az értékét is a táblázatban. egy.

4. Végezze el ugyanezt a műveletet az elsőrendű jobb oldali spektrum lila szegélyével és a spektrum középső részén található zöld szakasz közepével (a továbbiakban ezt a középsőt a rövidség kedvéért zöld vonalnak nevezzük); értékeket xés y ezekre az esetekre is írja be a táblázatba. egy.

5. Végezzen hasonló méréseket az elsőrendű bal spektrumnál ( k= 1), a mérési eredményeket a táblázatba beírva. egy.

Vegye figyelembe, hogy bármilyen sorrendű bal oldali spektrumokhoz k y.

6. Végezze el ugyanezt a műveletet a másodrendű spektrumok vörös és lila szegélyére, valamint zöld vonalára; rögzítse a mérési adatokat ugyanabba a táblázatba.

7. Írja be a táblázatba. 3 rács szélesség Lés a rácsperiódus értéke d amelyek fel vannak tüntetve rajta.

Asztal 1

lámpa spektruma izzó		x, cm	y, cm	 én, nm		 én =  én, nm
lila

3. KÍSÉRLETI ADATOK FELDOLGOZÁSA

A (12) képlet segítségével számítsa ki a  hullámhosszokat én minden méréshez

(d = 0,01 cm). Írja be az értékeket a táblázatba. egy.

2. Keresse meg külön a folytonos spektrum vörös és lila határára és a vizsgált zöld vonal átlagos hullámhosszait, valamint az átlagos számtani hibákat a képletek segítségével  meghatározásánál.

ahol n= 4 a mérések száma a spektrum egyes részeiben. Írja be az értékeket a táblázatba. egy.

3. Mutassa be a mérési eredményeket táblázat formájában! 2, ahol írjuk fel a látható spektrum határait és a megfigyelt zöld vonal hullámhosszát nanométerben és angströmben kifejezve, -nak véve a kapott hullámhosszok átlagértékeit a táblázatból. egy.

2. táblázat

4. A (6) képlet segítségével határozza meg a rácslöketek teljes számát N, majd az (5) és (9) képlet segítségével számítsa ki a felbontást Rés a rács szögdiszperziója D a másodrendű spektrumhoz ( k = 2).

5. A (3) képlet és magyarázata segítségével határozza meg a spektrumok maximális számát! k max , amelyet adott diffrakciós rács segítségével kaphatunk meg, -ként a megfigyelt zöld vonal átlagos hullámhosszát használva.

6. Számítsa ki a megfigyelt zöld vonal  gyakoriságát a  = képlet segítségével c/, hol val vel a fénysebesség, -nek véve az értéket is.

Minden bekezdésben számítva. 4-6 érték kerül be a táblázatba. 3.

3. táblázat

4. ELLENŐRZŐ KÉRDÉSEK

1. Mi a diffrakció jelensége, és mikor a legkifejezettebb a diffrakció?

A hullámdiffrakció az akadályok körül elhajló hullám. A fénydiffrakció olyan jelenségek összessége, amelyek akkor figyelhetők meg, amikor a fény kis lyukakon, átlátszatlan testek határai közelében terjed stb. és a fény hullámtermészete miatt. A diffrakció jelensége, amely minden hullámfolyamatra jellemző, a fényre jellemző tulajdonságokkal rendelkezik, nevezetesen itt a λ hullámhossz általában sokkal kisebb, mint az akadályok (vagy lyukak) d méretei. Ezért diffrakció csak kellően nagy távolságból figyelhető meg. l a sorompótól ( l> d2/λ).

2. Mi az a diffrakciós rács, és mire használják az ilyen rácsokat?

A diffrakciós rács minden olyan periodikus szerkezet, amely befolyásolja az ilyen vagy olyan jellegű hullámok terjedését. A diffrakciós rács az összes résből érkező koherens szórt fénysugarak többsugaras interferenciáját végzi.

3. Mi általában az átlátszó diffrakciós rács?

Az átlátszó diffrakciós rácsok általában olyan üveglapok, amelyekre egy speciális elválasztógép segítségével gyémánttal csíkokat (vonásokat) húznak. Ezek a vonások szinte teljesen átlátszatlan rések az üveglap ép részei - a rések között.

4. Mire szolgál a diffrakciós ráccsal használt lencse? Mi az objektív ebben a műben?

Az azonos φ szögben érkező sugarak egy pontba hozásához egy konvergens lencsét használnak, amelynek az a tulajdonsága, hogy párhuzamos sugarakat gyűjt össze fókuszsíkjának azon pontjaiban, ahol a képernyőt elhelyezik. A lencse szerepét ebben a munkában a megfigyelő szemének lencséje tölti be.

5. Miért jelenik meg fehér sáv a diffrakciós minta középső részében fehér fénnyel megvilágítva?

A fehér fény nem monokromatikus fény, amely különböző hullámhosszakat tartalmaz. A k = 0 diffrakciós minta középső részében nulladrendű központi maximum alakul ki, ezért fehér sáv jelenik meg.

6. Határozza meg a diffrakciós rács felbontását és szögdiszperzióját!

A diffrakciós rács fő jellemzői az R felbontás és a D diszperzió.

A diffrakciós rács jellemzésére általában nem a Δλ minimális értékét használják, ha a vonalakat külön nézzük, hanem egy dimenzió nélküli értéket.

A D szögdiszperziót a két spektrumvonal közötti δφ szögtávolság határozza meg, osztva a hullámhosszaik δλ különbségével:

Megmutatja a sugarak diffrakciós szögének φ változásának sebességét a λ hullámhossz változásától függően.

Segítség Kézikönyv >> Fizika

Számítási képlet a számításhoz hosszak könnyű hullámok nál nél Segítség diffrakciós rácsok. Mérés hossz hullámok lecsapódik meghatározás elhajlási szög...

Célkitűzés: Vörös, zöld és lila sugarak hullámhosszának meghatározása jól látható 1. és 2. rendű spektrumokhoz.

Eszközök és tartozékok: Diffrakciós rács, képernyő, lámpa megvilágításhoz.

Elméleti Bevezetés

Ha egy párhuzamos fénysugarak egy átlátszatlan kerek testtel találkoznak útközben, vagy egy kellően kicsi kerek lyukon haladnak át, akkor a képernyőn világos vagy sötét folt jelenik meg a váltakozó sötét és világos gyűrűk közepén.

Ezt a jelenséget a fény terjedésének a geometriai árnyék tartományába, amely a fény terjedésének egyenessége törvényétől való eltérést jelzi, ún. fényelhajlás.

A fényes diffrakciós spektrumok eléréséhez diffrakciós sziták ki. A diffrakciós rács egy lapos üveglemez, amelyen párhuzamos ütések sorozatát alkalmazzák egy osztógép segítségével (jó rácsoknál - akár 1000 ütés milliméterenként). A vonások gyakorlatilag átlátszatlanok a fényre, mert durvaságuk miatt többnyire fényt szórnak. Az ütések közötti rések szabadon áteresztik a fényt, és réseknek nevezik.

A löketszélesség és az átlátszó rés kombinációját ún periódus vagy rácsállandó. Ha a löketszélességet azzal jelöljük b, és a rés szélessége a, majd a rácsperiódus

A rácsra a síkra merőlegesen essenek fénysugarak. Az egyes réseken áthaladó fény diffrakciót tapasztal, azaz. eltér egy egyenestől. Ha a rácsrésekből terjedő sugarak útjába lencsét helyezünk, és a lencse fókuszsíkjába egy képernyőt helyezünk, akkor a normálhoz képest azonos szöget bezáró összes párhuzamos sugár egy helyen gyűlik össze a képernyőn. pont (1. ábra). A különböző szögből érkező sugarak egy másik pontban konvergálnak. A képernyő egyes pontjainak megvilágítása függ mind az egyes rések által külön-külön adott fény intenzitásától, mind a különböző réseken áthaladó sugarak interferenciájának eredményétől.

ahol d a rácsozás periódusa, φ a gerendák elhajlási szöge.

1. kép

Ha ez a különbség egyenlő páros számú félhullámmal, a megvilágítási maximum a φ szög irányában figyelhető meg:

d sinφ = 2kλ/2 = kλ, (1)

és azzal a feltétellel

d sinφ = (2k+1)λ/2 (2)

minimumot betartják.

Könnyen belátható, hogy ∆=kλ útkülönbség mellett az összes többi rés is maximumot ad a φ szög irányában, mert az útkülönbségek minden esetben többszörösek lesznek. Ezeket a maximumokat főnek nevezzük.

Tehát a sugarak normál rácsra való beesésével a diffrakciós rácsból a képernyőn kapott fő maximumokhoz a következő összefüggés van:

d sinφ = kλ, (3)

ahol k - 1,2,3 ,…egy egész szám, amelyet utána hívunk sorspektrum. A spektrum sorrendjének koncepciója abból adódik, hogy a képernyőn számos maximum figyelhető meg, amelyek a fehér sávhoz képest szimmetrikusan helyezkednek el (nullarendű spektrum), amelyeket a rácson elhajlás nélkül áthaladó fény alkot.

A (3) képletből látható, hogy minél hosszabb a hullámhossz, annál nagyobb a diffrakciós szög a maximum helyzetének felel meg (2. ábra). Ha monokróm fény esik a rácsra, monokróm csíkok jelennek meg a képernyőn. A (3) képlet lehetővé teszi a fényhullám hosszának meghatározását:

λ =d sinφ/k. (4)

A hullámhossz meghatározása a φ szög mérésére redukálódik. A szögek mérésére speciális goniométeres készüléket használnak (3. ábra). ahol K egy résszel ellátott kallimátor (a párhuzamos nyaláb keskeny nyalábjának eléréséhez); T - céltávcső; OK - egy okulár menettel a csőnek a spektrum egy bizonyos vonalára történő irányításához; C - nóniuszos körmérleg;

2. ábra

dr - diffrakciós rács.

Felirat:

"Egy élményt többre értékelek, mint ezer, pusztán a képzelet szülte véleményét."
M. Lomonoszov.

Az óra céljai:

1. A képességek fejlesztése.
   Képes a tanult anyag felhasználására számítási és gyakorlati feladatok megoldására. Legyen képes a matematikai ismereteket a fizikai törvényekre alkalmazni.
2. Értékképzés.
   A fehér fénynek összetett szerkezete van, ennek ismerete megmagyarázhatja a természet színeinek sokféleségét. Diffrakciós rács vagy prizma segítségével a fehér fény spektrumra bontható, amely hét alapszínből áll: piros, narancs, sárga, zöld, kék, indigó, ibolya.
3. Ésszerű viselkedés a környezetben.
   Rajtunk kívül a természetben nincsenek színek, csak különböző hosszúságú hullámok vannak. A szem egy összetett optikai eszköz, amely képes érzékelni a színkülönbséget, ami a fényhullámok hosszának enyhe (kb. 10-6 cm) eltérésének felel meg.

Várható eredmények:

1. A tanulók készségének kialakítása a tanult képletekkel való munkavégzéshez, gyakorlati munkavégzés készségeinek kialakítása.
2. Egy kísérleti feladat eredményének kiszámításához használja a matematikai ismereteket.
3. A tanulók azon képessége és készségei, hogy kiegészítő és referencia irodalommal dolgozzanak.

Az óra felépítése:

1. A tanult anyag alkalmazása a tesztfeladat teljesítéséhez
2. Megtekintés a "Fraunhofer-diffrakció"-ban / töredékben, frontális beszélgetés erről az anyagról (a kérdések fel vannak írva a táblára).
3. Testületi munka. A 2405. számú feladat megoldása G. N. Stepanova fizikai feladatgyűjteményéből.
4. Kísérleti munka végzése "Fényhullám hosszának meghatározása (meghatározott színre) diffrakciós rács segítségével" témában.
5. Dolgozzon A.S. Enohovich fizikáról és technológiáról szóló kézikönyvével. A kapott eredmények összehasonlítása a referenciaadatokkal és a kísérlet eredményeinek általánosítása.
6. Összegezve a tanulságot. Differenciált házi feladat kiosztása.

Az óra céljai:

• Nevelési : Ismételje meg az előző leckéken tanult képleteket, alkalmazza a matematikai ismereteket a számítási feladatok megoldásához. Használja a tanulmányozott anyagot feladatok megoldásában és kísérleti munkák elvégzésében a fényhullám hosszának meghatározásához diffrakciós rács segítségével.
• Fejlesztés: A tanulók kognitív érdeklődésének, a logikus gondolkodás és az általánosítás képességének fejlesztése. Tanulási motívumok kialakítása, valamint a fizika és a matematika iránti érdeklődés. Fejlessze a fizika és a matematika közötti kapcsolat meglátásának képességét. Javítani kell a tanulók azon képességét, hogy kiemeljék a fő dolgot, elemezzék a probléma körülményeit, fejlesszék a szóbeli és írásbeli beszéd kultúráját.
• Nevelési Nevelni a diákmunka szeretetét, a cél elérésében való kitartást, a páros munkavégzés képességét. A matematikai számítások kultúrájának ápolása. Kölcsönös tisztelet.

Az órák alatt.

1. A tanult anyag ismétlése, általánosítása

A fehér fénynek összetett szerkezete van, ennek ismerete megmagyarázhatja a természet színeinek sokféleségét. Diffrakciós rács vagy prizma segítségével a fehér fény spektrumra bontható, amely hét alapszínből áll: piros, narancs, sárga, zöld, kék, indigó, ibolya. Rajtunk kívül a természetben nincsenek színek, csak különböző hosszúságú hullámok vannak. A szem egy összetett optikai eszköz, amely képes érzékelni a színkülönbséget, ami a fényhullámok hosszának enyhe (kb. 10-6 cm) eltérésének felel meg. Az előző órákon megismerkedtünk a fényhullámok tulajdonságaival: interferencia, diszperzió, diffrakció, polarizáció.

Ma a gyakorlatban összegezzük a megszerzett ismereteket. De először felidézzük az utolsó lecke anyagát, amelyben megismerkedtünk az optikai eszköz - a diffrakciós rács - eszközével és működési elvével.

2. Előadás a következő témában: "Diffrakciós rács".

A diffrakciós rács eszköze a diffrakció jelenségén alapul, amely nagyszámú nagyon keskeny rés kombinációja, amelyeket átlátszatlan rések választanak el egymástól. ( 1. függelék, 2. dia)

Az átlátszó rések szélessége a a, és az átlátszatlan rések szélessége egyenlő b.

egy +b=d,d- rácsozási időszak.

Tekintsük a diffrakciós rács elemi elméletét. Legyen egy λ hosszúságú sík monokromatikus hullám beeső a rácsra. (1. melléklet, 3. dia).
A résekben lévő másodlagos források minden irányban terjedő fényhullámokat hoznak létre.

Keressük meg, hogy a résekből érkező hullámok milyen feltétel mellett erősítik fel egymást. Ehhez a φ szög által meghatározott irányban terjedő hullámokat vesszük figyelembe.
A szomszédos rések széleitől érkező hullámok közötti útkülönbség megegyezik a szegmens hosszával AC . Ha egész számú hullámhossz illeszkedik erre a szegmensre, akkor az összes résből származó hullámok összeadva erősítik egymást. Egy háromszögből ABC megtalálhatja a láb hosszát AC:
AC=ABsinφ.

A maximumok szögben figyelhetők meg φ , a feltétel határozza meg

d*sinφ =k*λ

Nem szabad megfeledkezni arról, hogy ha ez a feltétel teljesül, a rések összes többi pontjáról érkező hullámok felerősödnek. Az első rés minden pontja megfelel a második rés egy pontjának, amely az első ponttól d távolságra található. Ezért az ezen pontok által kibocsátott másodlagos hullámok útkülönbsége egyenlő k*λ, és ezek a hullámok egymást erősítik.
A rács mögé egy konvergáló lencse, mögötte pedig a lencse gyújtótávolságára egy képernyő kerül. A lencse egy ponton fókuszálja a párhuzamosan haladó sugarakat, ekkor a hullámok összeadódnak és kölcsönösen felerősítik őket. sarkok φ , a feltételt kielégítve határozza meg a maximumok helyzetét a képernyőn.

Mivel a maximumok helyzete (kivéve a középsőt, amely megfelel k = 0) függ a hullámhossztól, akkor a rács a fehér fényt spektrumra bontja (a másod- és harmadrendű spektruma átfedi egymást). A több λ , minél távolabb helyezkedik el a központi maximumtól egy adott hullámhossznak megfelelő egyik vagy másik maximum. Minden értéknek megvan a maga spektruma. A maximumok között vannak a megvilágítás minimumai. Minél nagyobb a rések száma, annál élesebben meghatározottak a maximumok, és annál szélesebbek a minimumok egymástól. (1. melléklet, 4. dia) A rácsra beeső fényenergiát úgy osztja el általa, hogy annak nagy része a maximumokra, az energia jelentéktelen része pedig a minimumokra esik.
Diffrakciós ráccsal nagyon precíz hullámhosszmérés végezhető. Ha ismert a rácsozási periódus, akkor a hullámhossz meghatározása a szög mérésére redukálódik φ , maximálisan az iránynak megfelelő. (1. melléklet, 5. dia)

d*sin φ=k*λ

λ = , mert a szögek kicsik, akkor sin φ = tg φ

tg φ = , akkor λ = ,

Példák a diffrakciós rácsokra: a közöttük lévő résekkel rendelkező szempilláink egy durva diffrakciós rács.(1. melléklet, 6. dia) Ezért ha egy erős fényforrásra hunyorogunk, akkor irizáló színeket észlelhetünk. A fehér fény spektrummá bomlik, ha elhajlik a szempillák körül. A szorosan elhelyezkedő barázdákkal rendelkező lézerlemez olyan, mint egy fényvisszaverő diffrakciós rács. Ha megnézzük az általa visszaverődő fényt egy villanykörtéről, látni fogjuk a fény spektrummá való bomlását. Számos spektrum figyelhető meg, amelyek különböző értékeknek felelnek meg k. A kép nagyon tiszta lesz, ha az izzó fénye nagy szögben esik a lemezre.

3. Tesztfeladat végrehajtása.

I lehetőség.

1. 
   DE.ν 1 = ν 2
   B. Δφ = 0
   NÁL NÉL.Δφ = állandó
   G.ν 1 \u003d ν 2, Δφ \u003d állandó
2. λ ℓ 1 és ℓ 2 M pontból ( 1. kép) Az M pontban a következők figyelhetők meg:
   DE. Maximális;
   B. Minimális;
   NÁL NÉL. A válasz kétértelmű;
   G.
3. n 1 n 2. Mi az arány között n 1és n 2?
   DE. n 1< n 2
   B. n 1 = n 2
   NÁL NÉL. n 1 > n 2
   G. a válasz kétértelmű
4. d λ φ , amely alatt az első fő maximum figyelhető meg?
   DE. sinφ =λ/d
   B. sinφ =d/λ
   NÁL NÉL. cos φ= λ/d
   VAL VEL. cos φ= d/λ
5. 
   DE.
   B. A hanghullámok diffrakciója, mert . λstr.>> λstr.
   NÁL NÉL. λstr.<< λсв .
   G.
6. 
   DE. a
   B. b
   NÁL NÉL. vagy a vagy b a lemez méretétől függően.

énI lehetőség.

1. A fényhullámok koherensek, ha:
   DE.ν1 = ν2, Δφ = állandó B.ν1 = ν2 NÁL NÉL. Δφ = 0 G. Δφ = állandó
2. Két koherens forrás hullámhosszal λ különböző távolságra helyezkednek el ℓ1 és ℓ2 M pontból ( 2. ábra) Az M pontban a következők figyelhetők meg: DE. Maximális; B. Minimális; NÁL NÉL. A válasz kétértelmű; G. Az A-B válaszok egyike sem helyes.
3. Az üvegfelületen törésmutatóval rendelkező optika "megvilágosítása". n1 törésmutatójú vékony, átlátszó fóliát alkalmazzon n2. Mi az arány között n1és n2?
   DE. n1 = n2 B. n1 > n2 NÁL NÉL. n1< n2 G. a válasz kétértelmű
4. Diffrakciós rács periódussal d hullámhosszúságú, normál esetben beeső fénysugárral megvilágítva λ . Az alábbi kifejezések közül melyik határozza meg a szöget φ , amely alatt a második fő maximum figyelhető meg? DE. sinφ = 2λ/d B. sinφ =d/2λ NÁL NÉL. cos φ= 2λ/d VAL VEL. cos φ= d/2λ
5. Mi a könnyebben megfigyelhető a mindennapi életben: a hang- vagy fényhullámok diffrakciója?
   DE. Fényhullámok diffrakciója, mert λstr.<< λсв .
   B. A fényhullámok diffrakciója a látószerv - a szem - sajátossága miatt.
   NÁL NÉL. A hanghullámok diffrakciója, mert longitudinálisak, a fényhullámok pedig keresztirányúak.
   G. A hanghullámok diffrakciója, mert . λstr.>> λstr.
   
6. Ha egy kis korongot monokromatikus fehér fénnyel világítunk meg, diffrakciós mintázat figyelhető meg a képernyőn. A diffrakciós mintázat közepén megfigyelhető: a. Fehér folt; b. sötét folt.
   DE. a B. b NÁL NÉL. vagy a vagy b a furat sugarától függően.

Tekintse meg a "Fraunhofer-diffrakció"-t/töredéket.

Kérdések ehhez a cikkhez:

1. Mi az a diffrakciós rács?
   Válasz: A diffrakciós rács nagyszámú nagyon keskeny rés gyűjteménye, amelyeket átlátszatlan rések választanak el egymástól.
2. Mi a különbség a prizmaspektrumok és a diffrakciós spektrumok között?
   Válasz: Diffrakciós rács és prizma - spektrális műszerek - spektrumanalizátorok. A prizmával kapott spektrum a rövid hullámhosszú részen erősebben megnyúlik, a hosszú hullámhosszú részen pedig összenyomódik, mert A prizma erősebben téríti el az ibolyaszínű sugarakat. A diffrakciós rács erősebben téríti el a vörös sugarakat, a spektrum szinte egyenletes.
3. Mi határozza meg a diffrakciós spektrum maximumai közötti szögtávolságot?
   Válasz: A diffrakciós spektrum maximumai közötti szögtávolság a diffrakciós rács állandójától függ. Minél kisebb a diffrakciós rácsállandó, annál nagyobb a spektrumok közötti szögtávolság.
4. Mi határozza meg egy hangszer felbontóképességét?
   Válasz: A színképvonalak élessége a rések számával nő, minél nagyobb a rések száma, minél szélesebb a spektrum, ez határozza meg a készülék felbontóképességét.
5. Milyen rácsokat nevezünk fényvisszaverőnek?
   Válasz: A múlt század vége óta a fényvisszaverő rácsok széles körben elterjedtek. Az ilyen rácsokban akár több ezer ütés is előfordulhat 1 mm-enként. Minél több vonal 1 mm-enként, annál nagyobb a spektrum szögszélessége.
6. Milyen típusú rácsokat ismer?
   Válasz: Michelson echelon - diffrakció a lépcsők szélén;
   Konkáv gömb alakú rács - fókuszáló tükörként szolgál lencse nélkül;
   Keresztezett diffrakciós rácsok - 2-dimenziós diffrakciós szerkezetet alkotnak, két koordinátára bontva a spektrumot;
   Rendetlen szerkezet (poros ablak) - irizáló gyűrűket képez;
   A köztük lévő hézagokkal rendelkező emberi szempillák durva diffrakciós rácsot alkotnak.
7. Melyek azok az optikai eszközök, amelyek diffrakciós rácsot használnak, és milyen tudományterületeken használják őket?
   Válasz: A diffrakciós rácsokat spektroszkópokban, spektrográfokban, speciális mikroszkópokban, csillagászatban, fizikában, kémiában, biológiában, technikában, anyagok abszorpciós és reflexiós spektrumainak tanulmányozására, különféle anyagok optikai tulajdonságainak tanulmányozására, különféle anyagok expressz elemzésére szolgáló gyártásban használják. .

Sok keskeny rés egymástól kis távolságra csodálatos optikai eszközt alkot - diffrakciós rácsot. A rács spektrummá bontja ki a fényt, és lehetővé teszi a fény hullámhosszának nagyon pontos mérését.

Mielőtt rátérnénk a kísérleti munkára, megoldjuk a hullámhossz diffrakciós rács segítségével történő meghatározását, és megismételjük a képletet annak meghatározására, hogy a résekből érkező hullámok milyen feltételek mellett erősítik fel egymást.

A probléma megoldása. Testületi munka.

No. 2405 - S.

0,02 mm-es periódusú diffrakciós rácsot használva az első diffrakciós képet a központi maximumtól 3,6 cm-re, a rácstól 1,8 m távolságra kaptuk. Keresse meg a fény hullámhosszát.

4. A kísérleti feladat teljesítése. Csoportmunka.

Tantárgy: « A fény hullámhosszának meghatározása diffrakciós rács segítségével.

Kísérleti feladat: az ábrán látható telepítés segítségével 3. ábra, határozza meg a hullámhosszt (a megadott színű).

Ügyeljen a képre (1. melléklet, 7. dia). A rács a 2 tartóba van beépítve, amely az 1 vonalzó végéhez van rögzítve. A vonalzón egy fekete képernyő 3 található, középen egy keskeny függőleges résszel. A képernyőn és a vonalzón milliméteres skálák találhatók. Az egész összeállítás állványra van felszerelve.

Munkarend:

1. Vigye a skálát a célrésszel a lehető legtávolabbra a diffrakciós rácstól. ( 2. függelék).
2. Irányítsa a műszer tengelyét egy egyenes izzószálú lámpára. (ebben az esetben a lámpa izzószála a pajzs keskeny irányzószálán keresztül legyen látható. Figyelmesen nézzen először a réstől balra, majd jobbra. Ilyenkor a réstől jobbra és balra, a skála feletti fekete háttéren diffrakciós mintázatok (spektrumok) lesznek láthatók).
3. Az eszköz mozgatása nélkül a skála segítségével határozza meg a színsávok felezőpontjainak helyzetét az elsőrendű spektrumokban. Rögzítse az eredményeket egy táblázatban.
4. Számítsa ki a hullámhosszt a mérésekből! Hasonlítsa össze az adott fényszínre vonatkozó, a kézikönyvben megadott hullámhossz-értékkel. Vegyél következtetést.

d*sin φ=k*λ

λ = d * sin φ/ k, mert a szögek kicsik, akkor sin φ = tg φ

tg φ =, akkor λ =

Eredmények táblázat:

Tehát a mai leckében ismét megismételtük a fényhullámok tulajdonságait, elvégeztük a fényhullám hosszának gyakorlati meghatározását optikai eszközzel - diffrakciós ráccsal, összehasonlítottuk a kapott adatokat referencia eredményekkel,

Mindezek alapján arra a következtetésre jutottunk, hogy a diffrakciós rács lehetővé teszi a fény hullámhosszának nagy pontosságú meghatározását.

Használt könyvek.

1. Fizika: Proc. 11 cellához. Általános oktatás intézmények / G.Ya. Myakishev, B.B. Buhovcev. - 12. kiadás - M: Felvilágosodás, 2004.
2. Fizika: Proc. 11 cellához. Általános oktatás intézmények / N. M. Shakhmaev, S. N. Shakhmaev, D. Sh. Shodiev - M: Oktatás, 2000.
3. Hullámoptika: tankönyv.- M.: Drofa, 2003.
4. Iskolai fizika tantárgy: tesztek és feladatok. - M .: Iskola-Sajtó, 1996.
5. Fizika és technológia kézikönyve: Proc. Útmutató diákoknak - M .: Oktatás, 1989.
6. Fizika feladatgyűjtemény 10-11. osztályosoknak, szerző. G.N. Stepanova - M .: Oktatás, 2001.