Işığın dalga boyunu belirleme yöntemini öğrenin. Kırınım ızgarası kullanarak ışığın dalga boyunun belirlenmesi

6 numaralı laboratuvar çalışması

Işığın dalga boyunun belirlenmesi

İşin amacı : Bir kırınım ızgarası kullanarak ışığın dalga boyunu belirleyin.

Teçhizat:

üzerinde bir noktanın belirtildiği bir kırınım ızgarası;

ölçüm kurulumu;

yarı iletken lazer (lazer işaretleyici).

İlerlemek

Bu çalışmada ışığın dalga boyunu belirlemek için kullanıyoruz. kırınımkafes bir süre ile (süre karma işaretinde belirtilir). Şekil 1'de gösterilen ölçüm düzeninin ana parçasıdır. .

Laboratuvar çalışmasına başlamadan önce ekranı tezgahın üzerine, düğmeyle lazeri açtığınızda kırmızı nokta ekran ölçeğinin sıfır bölümü ile çakışacak şekilde yerleştirin.

Kırınım ızgarasının bulunduğu çerçeveyi tutucuya yerleştirin ve lazeri açın. Ekranda, ızgaranın aynı yöndeki farklı yarıklarından gelen bir maksimum ve minimum deseni oluşturulur. Bu resimde merkezi bir noktadan (maksimum sıfır) simetrik olarak yayılan bir dizi parlak kırmızı nokta gösterilmektedir. Kırınım ızgaralarını değiştirerek, kırınım modelinin milimetre başına çizgi sayısına bağlı olarak nasıl değiştiğini gözlemleyin.

İle) ekran ölçeğinin tüm milimetre bölümüyle tam olarak eşleşir ve mesafeyi ölçer B ondan merkezi maksimuma. Mesafeyi belirleyin A bankın üzerindeki bir cetvel boyunca ekrandan parmaklıklara kadar.

Dalga boyu aşağıdaki formülle belirlenir:
,

Nerede: d - ızgara süresi; İle - spektrum sırası;

- karşılık gelen rengin maksimum ışığının gözlemlendiği açı;

1. ve 2. derece maksimumların gözlendiği açılar 5 0'ı geçmediğinden açıların sinüsleri yerine teğetleri kullanılabilir.

Şekil 2'den açıkça görülüyor ki
.

Mesafe ızgaradan ekrana bir cetvel boyunca sayılır, mesafe b - ekran ölçeği boyunca yarıktan seçilen spektrum çizgisine kadar.

HAKKINDA

Dalga boyunu belirlemek için son formül şudur:

Ölçüm ve hesaplama sonuçlarını kaydetmek için tablo içeren bir rapor formu hazırlayın.

TOPLAMAK ölçüm kurulumu, ekranı ızgaradan isteğe bağlı bir mesafeye kurun.

Bir dizi maksimumun niteliksel bir resmini gözlemledikten sonra, kaydırıcıyı ızgarayla birlikte tezgahın oluğu boyunca hareket ettirin, böylece herhangi bir maksimum (sayısını yazın) İle) tam olarak ekran ölçeğinin tüm milimetrelik bölümü ile çakışır ve b'den merkezi maksimuma kadar olan mesafeyi ölçer.

1. derece spektrumdaki renk bantlarının merkezlerinin konumunu belirleyin.

Verileri tabloya girin.

Ölçüm verilerinden dalga boylarını hesaplayın

Elde edilen sonuçları spektrumun görünür kısmının dalga boyunun tablo değeriyle karşılaştırın.

Deneyi başka bir kırınım ızgarasıyla gerçekleştirin ve elde edilen sonuçları birbirleriyle ve tablodakilerle karşılaştırın.

Gözlere zarar vermemek için lazer ışınını kişinin yüzüne yönlendirmek kesinlikle yasaktır.

Güvenlik Sorusu:

Kırınım spektrumu dağılım spektrumundan nasıl farklıdır?

İşin amacı: Kırınım ızgarası kullanarak ışığın dalga boyunu belirleyin.

Teçhizat:

1. Işığın dalga boyunu belirlemek için bir cetvel, kırınım ızgaralı bir plaka ve yarıklı bir kaydırıcıdan oluşan bir cihaz.

2. Tripod.

3. Soketteki 42 V'luk bir ampul.

Kısa teori

Bilindiği üzere ışık elektromanyetik dalgalar , ışığın dalga boyu ile karakterize edilir. Kırınım ızgarası, belirli bir dalga boyundaki ışığı farklı dalga boylarındaki ışıktan ayırmaya veya dedikleri gibi ışığı spektral bileşenlerine ayırmaya yarar.. İşin temeli kırınım ızgarasıışığın kırınımı ve girişimi olgusu hizmet eder ve bu dalga doğaışık yukarıdaki iki olgunun ortaya çıkmasına yol açar.

Kırınım, ışığın yayılmasının doğrusaldan, ışığın yayılması doğrusal olsaydı gölgenin olacağı bir alana sapmasıdır.

Parazit, açık ve koyu şeritlerin oluşumuna yol açan ışık ışınlarının eklenmesidir.

Kırınım. Kırınım, ışık, içinde küçük opak engeller bulunan şeffaf bir malzemeden veya opak bir malzemedeki küçük deliklerden geçtiğinde meydana gelir.

İki tür kırınım vardır: Paralel ışık demetlerindeki kırınım veya Fraunhofer kırınımı ve uzaklaşan bir ışık ışınındaki kırınım – Fresnel kırınımı. İlk durumda, kırınım desenini gözlemlemek için ya Güneş ışınları en basit optik sistemi (dışbükey bir mercek) kullanarak paralel olan veya paralel bir ışık huzmesi oluşturan. İkinci durumda, örneğin küçük spiral boyutlu bir lamba gibi bir nokta ışık kaynağı kullanılır.

Fraunhofer kırınım gözlem şeması Şekil 2'de gösterilmektedir. 1.

Şekil 1. Fraunhofer kırınımı.

Ne zaman doğrusal yayılmaışıkta, mercek (1) tarafından oluşturulan, opak bir ekrandaki (1) yuvarlak bir delikten ve odaklama merceğinden (2) geçen paralel bir ışın ışınının bir noktaya yaklaşması gerekir. Ancak ekran 2'deki kırınıma bağlı olarak, değişen açık ve koyu halkalardan oluşan karmaşık bir kırınım modeli elde edilir.

Parazit yapmak. Şu tarihte: parazit yapmak Maksimum aynı dalga boyuna sahip ışık dalgaları güçlendirmek o noktaya geldiklerinde birbirlerine aynı aşamada gözlemler, Ve zayıflatmak birbirlerine ne zaman antifaza gel . Girişim olgusunun özü Şekil 2'de açıklanmaktadır.

Pirinç. 2. 2 kaynaktan kaynaklanan girişim.

Nokta ışık kaynakları B 1 ve B 2 birbirlerinden t mesafede bulunur. Salınımlar elektromanyetik alan aynı fazda bu noktalarda meydana gelir. Ekranda A ve C noktalarında girişim (yani titreşimlerin toplanması veya çıkarılması) gözlemleniyor. uzun mesafe L'ye karşı t ve l. Optikte, maksimum dalga amplifikasyonu için yol farkının (yani kaynaklardan gözlem noktasına olan mesafelerdeki farkın) aşağıdaki koşulu karşılaması gerektiği tespit edilmiştir:

,

ve maksimum dalga zayıflaması için:

, Nerede N- Bir tam sayı.

Şek. 2 vuruş farkını belirleyebilirsiniz. Daha sonra, önceki eşitlikleri kullanarak, açık şeritlerin A noktasından belirli bir mesafede bulunduğunu, açık şeritler arasındaki mesafenin ve koyu şeritlerin açık şeritler arasında bulunduğunu elde edebiliriz. A noktasında yol farkının sıfır olduğu ve bu noktada B 1 ve B 2 ışık kaynaklarından gelen salınımların toplamının gözlemlendiği açıktır.

Kırınım ızgarası. Opak çizgilerle ayrılmış bir dizi şeffaf yarığa denir. kırınım ızgarası. Kırınım ızgarası kullanıldığında bir yarıkta meydana gelen kırınım modeli daha karmaşık hale gelir, çünkü ek olarak kırınım her çatlakta da var parazit yapmakışık kaynağı olarak kabul edilebilecek yarıklardan gelen ışık dalgaları. Işık maksimumları ve minimumları ekranda görünür; ana maksimumlar açıda meydana gelir J ilişkiyi sağlayan kafes periyodu nerede toplamına eşit yuva ve şerit genişlikleri. 1. maksimumun konumu şu ifadeyle belirlenir:

(1)'den, belirli bir kırınım ızgarası için, farklı dalga boyları için 1. maksimumun konumlarının farklı olduğu açıktır: ışığın dalga boyu ne kadar uzun olursa, o kadar büyük olur. daha büyük açı gözlenen maksimumun gelen ışık ışınının yönünden sapması.

Çalışma programı

Cihaz şeması Şekil 3'te gösterilmektedir.

Şek. 3. Dalga boyunu belirlemek için cihaz.

1. Ampulü açın.

2. Kırınım ızgarasından bakarak, lamba filamanı kaydırıcıdaki yuvadan görülebilecek şekilde cihazı ampule doğru tutun. Motorun siyah arka planında her iki taraftaki sıfır görünür olmalıdır kırınım spektrumları, şeritlerden oluşan farklı renk. Şeritler ölçeğe paralel değilse bu, filamanın ızgaradaki çubuklara paralel olmadığı anlamına gelir. Bu durumda ya kırınım ızgarasını ya da ampulü hafifçe döndürmeniz gerekir. Cihazı emniyete alın.

3. Kaydırıcıdaki yuvadan (sıfır) ölçeğin sol tarafındaki kırmızı şeride kadar olan mesafeyi belirleyin.

4. Kaydırıcıdaki yuvadan (sıfır) ölçeğin sağındaki kırmızı şeride kadar olan mesafeyi belirleyin. Bu değeri tabloya kaydedin.

5. Aşağıdaki formülü kullanarak kırmızı şeride olan ortalama mesafeyi belirleyin:

Bu değeri tabloya kaydedin.

6. Kaydırıcıdaki yuvadan (sıfır) ölçeğin sol tarafındaki mor şeride kadar olan mesafeyi belirleyin. Bu değeri tabloya kaydedin.

7. Kaydırıcıdaki yuvadan (sıfır) ölçeğin sağındaki mor şeride kadar olan mesafeyi belirleyin. Bu değeri tabloya kaydedin.

8. Aşağıdaki formülü kullanarak mor şeride olan ortalama mesafeyi belirleyin:

Bu değeri tabloya kaydedin.

9. Kırınım ızgarasından motora olan mesafeyi belirleyin. Bu değeri tabloya kaydedin.

İşin amacı: Tutarlı ışık kaynaklarının elde edilmesine ve Young'ın girişim yöntemleri ve Fresnel biprizması kullanılarak ışık dalga boyunun belirlenmesine yönelik yöntemlere aşinalık.

Cihazlar ve aksesuarlar: : el feneri ile optik tezgah, mercek-mikrometre, çift yarıklı bir plaka takmak için masa, toplama merceği, cam filtre seti, Fresnel çift prizma..

1. Egzersiz.

Young'ın yöntemi.

S noktasından (Şekil 13) tek renkli küresel bir ışık dalgası yayılır ve plakadaki çok küçük ve yakın aralıklı iki yarığa düşer. Huygens ilkesine göre bu iki delik, bağımsız ışık titreşimi kaynaklarıdır; Bu kaynaklardan tutarlı dalgalar ortaya çıkacak.

Plakanın arkasında üst üste bindirilmiş parazit var tutarlı dalgalar kaynağı boşluklar olan ve .

Şu tarihte: bilinen mesafeler tutarlı kaynaklardan E 2 ekranına ve – formüle göre kaynaklar arasında (2.6) Girişim saçaklarının genişliğini ölçerek ışığın dalga boyunu belirlemek mümkündür.

İş emri

1. Işık kaynağından belli bir mesafeye çift yarıklı bir plaka yerleştirin ve açın. Göz merceğinde girişim saçakları oluşturmak için çift yarık plakayı optik tezgaha dik olarak hareket ettirerek. Çift yarıklı plakayı hareket ettirerek girişim saçaklarının parlak ve net olmasını sağlıyoruz.

2. Karanlık olanlar arasındaki mesafeyi ölçün. Belirlemenin daha doğru olmasını sağlamak için, uzak fakat açıkça görülebilen şeritler arasındaki mesafeyi ölçmek ve bunu aralarındaki ışık şeritlerinin sayısına bölmek gerekir.

4. Deneyi farklı filtrelerle birkaç kez tekrarlayın

5. Sonuçları bir tabloya yazın ve hatayı hesaplayın.

6. Sonuçları şununla karşılaştırın: tablo değerleri bir sonuca varın.

Egzersiz 2.

Fresnel çift prizma yöntemi

Işık dalga boyunu belirlemek için formül (2.6) kullanıyoruz.

Bu formülü kullanarak dalga boyunu deneysel olarak belirleyebilirsiniz. tek renkli ışık. Bu çalışmada ∆ X bir ölçekte sayılır mikrometre mercek(yukarıyı görmek). Mesafe T hayali kaynaklar arasında S 1 ve S 2 ölçülen dolaylı yöntem yakınsak bir mercek kullanarak (Şekil 15).

Epigraf:

"Bir deneyime, yalnızca hayal gücünden doğan bin fikirden daha çok değer veririm."
M. Lomonosov.

Dersin Hedefleri:

1. Yeteneklerin geliştirilmesi.
   Çalışılan materyali hesaplamaları çözmek için kullanma becerisi ve pratik problemler. Başvuru yapabilmek matematik bilgisi fiziksel yasalara.
2. Değerlerin oluşumu.
   Beyaz ışık var karmaşık yapı Doğadaki renk çeşitliliğini açıklayabilecek şeyleri bilmek. Kırınım ızgarası veya prizma kullanma Beyaz ışık yedi ana renkten oluşan bir spektruma ayrıştırılabilir: kırmızı, turuncu, sarı, yeşil, mavi, çivit mavisi, mor.
3. Çevrede makul davranış.
   Bizim dışımızda doğada renkler yoktur, sadece farklı uzunluklarda dalgalar vardır. Göz, ışık dalgalarının uzunluğundaki hafif (yaklaşık 10-6 cm) farka karşılık gelen renk farklılıklarını tespit edebilen karmaşık bir optik cihazdır.

Beklenen sonuçlar:

1. Öğrencilerin çalışılan formüllerle çalışma becerilerinin ve pratik çalışmaları gerçekleştirme becerilerinin oluşturulması.
2. Sonucu hesaplamak için matematik bilgisini kullanın deneysel görev.
3. Öğrencilerin ek ve referans literatürle çalışma yeteneği ve becerileri.

1. Çalışılan materyalin uygulanması test görevi
2. “Fraunhofer Kırınımı”nı/parçayı görüntüle, ön konuşma bu materyal üzerine (sorular tahtaya yazılır).
3. Tahta üzerinde çalışın. G.N. Stepanova'nın fizik problemlerinin toplanmasından 2405 numaralı problemin çözümü.
4. Verim deneysel çalışma“Kırınım ızgarası kullanılarak ışığın dalga boyunun (belirli bir renk için) belirlenmesi” konulu.
5. A.S. Enochovich'in fizik ve teknoloji üzerine bir referans kitabıyla çalışmak. Elde edilen sonuçların referans kitaptaki verilerle karşılaştırılması ve deney sonuçlarının genelleştirilmesi.
6. Dersi özetlemek. Farklılaştırılmış ödevler verin.

Dersin Hedefleri:

• eğitici : Önceki derslerde öğrenilen formülleri tekrarlayın, hesaplama problemlerini çözmek için matematik bilgilerini uygulayın. Kırınım ızgarası kullanarak ışığın dalga boyunu belirlemek için problemleri çözerken ve deneysel çalışmalar yaparken çalışılan materyali kullanın.
• Eğitici: Geliştirmek bilişsel ilgiöğrencilerin mantıksal düşünme ve genelleme yapma yeteneği. Fizik ve matematikte öğrenme ve ilgi için motivasyonlar geliştirin. Fizik ve matematik arasındaki bağlantıyı görme yeteneğini geliştirin. Öğrencilerin ana konuyu vurgulama, bir görevin koşullarını analiz etme ve sözlü ve yazılı konuşma kültürünü geliştirme becerilerini geliştirin.
• eğitici Öğrenci çalışmasına olan sevgiyi, bir hedefe ulaşma azmini ve çiftler halinde çalışma yeteneğini geliştirmek. Matematiksel hesaplama kültürünü teşvik edin. Karşılıklı saygı.

Dersler sırasında.

1. Çalışılan materyalin tekrarı ve genelleştirilmesi

Beyaz ışık, doğadaki renk çeşitliliğini açıklayabilen karmaşık bir yapıya sahiptir. Bir kırınım ızgarası veya prizma kullanılarak beyaz ışık, yedi ana renkten oluşan bir spektruma ayrılabilir: kırmızı, turuncu, sarı, yeşil, mavi, çivit mavisi, mor. Bizim dışımızda doğada renkler yoktur, sadece farklı uzunluklarda dalgalar vardır. Göz, ışık dalgalarının uzunluğundaki hafif (yaklaşık 10-6 cm) farka karşılık gelen renk farklılıklarını tespit edebilen karmaşık bir optik cihazdır. Önceki derslerde ışık dalgalarının özelliklerini öğrendik: girişim, dağılım, kırınım, polarizasyon.

Bugün pratikte kazanılan bilgileri özetleyeceğiz. Ancak önce, cihaz ve çalışma prensibi ile tanıştığımız son dersteki materyali hatırlayacağız. optik cihaz- kırınım ızgarası.

2. Konuyla ilgili sunum: “Kırınım ızgarası.”

Kırınım ızgarası, kırınım olgusuna dayanmaktadır; çok sayıda opak boşluklarla ayrılmış çok dar yarıklar. ( Ek 1, slayt 2)

Şeffaf yarıkların genişliği eşittir A ve opak yarıkların genişliği eşittir B.

bir +b =D,D - kırınım ızgarasının periyodu.

Hadi düşünelim temel teori kırınım ızgarası. Izgara üzerine λ uzunluğunda düz monokromatik bir dalganın gelmesine izin verin. (Ek 1, slayt 3).
Yarıklardaki ikincil kaynaklar oluşturur ışık dalgaları, her yöne yayılıyor.

Yarıklardan gelen dalgaların birbirini güçlendirdiği durumu bulalım. Bu amaçla φ açısının belirlediği doğrultuda yayılan dalgaları ele alalım.
Bitişik yarıkların kenarlarından gelen dalgalar arasındaki yol farkı parçanın uzunluğuna eşittir AC . Eğer bu segment tam sayıda dalga boyu içeriyorsa, o zaman tüm yarıklardan gelen dalgalar toplanarak birbirini güçlendirecektir. Üçgenden ABC bacağın uzunluğunu bulabilirsin AC:
AC=ABgünah.

Maksimumlar belirli bir açıyla gözlemlenecek φ , duruma göre belirlenir

D*günahφ =k*λ

Gerçekleştirirken şunu unutmamak gerekir: bu durum Yarıkların diğer tüm noktalarından gelen dalgalar güçlendirilir. Birinci yarıktaki her nokta, ikinci yarıktaki birinci noktadan d kadar uzaklıkta bulunan bir noktaya karşılık gelir. Dolayısıyla bu noktaların yaydığı ikincil dalgaların yol farkı şuna eşittir: k*λ, ve bu dalgalar karşılıklı olarak güçlendirilir.
Izgaranın arkasına bir toplama merceği ve arkasında bir ekran yerleştirilmiştir. odak uzaklığı mercekten. Mercek bir noktaya paralel uzanan ışınları odaklar. Bu noktada dalgalar birleşir ve karşılıklı olarak çoğalmaları meydana gelir. Açılar φ koşulu karşılayarak maksimumun ekrandaki konumunu belirleyin.

Maksimumun konumundan beri (merkezi olan hariç, karşılık gelen k = 0) dalga boyuna bağlı olarak ızgara, beyaz ışığı bir spektruma ayrıştırır (ikinci ve üçüncü dereceden spektrumlar örtüşür). Daha fazla λ , belirli bir dalga boyuna karşılık gelen belirli bir maksimum, merkezi maksimumdan itibaren konumlandırılır. Her değerin kendi spektrumu vardır. Maksimumlar arasında aydınlatmanın minimumları vardır. Nasıl daha büyük sayı boşluklar, maksimumlar ne kadar keskin tanımlanırsa ve birbirlerinden ayrılan minimumlar da o kadar geniş olur. (Ek 1, slayt 4) Izgaraya düşen ışık enerjisi, çoğu maksimuma düşecek ve enerjinin küçük bir kısmı minimuma düşecek şekilde yeniden dağıtılır.
Bir kırınım ızgarası kullanılarak çok hassas dalga boyu ölçümleri yapılabilir. Izgara periyodu biliniyorsa, dalga boyunun belirlenmesi açının ölçülmesine indirgenir φ , maksimum yöne karşılık gelir. (Ek 1, slayt 5)

d * sin φ =k * λ

λ = , çünkü açılar küçükse sin φ = tan φ

tan φ = , sonra λ = ,

Kırınım ızgaralarının örnekleri şunları içerir: kirpiklerimiz, aralarındaki boşluklarla birlikte kaba bir kırınım ızgarasıdır (Ek 1, slayt 6). Bu nedenle, parlak bir ışık kaynağına gözlerinizi kısarsanız gökkuşağı renklerini görebilirsiniz. Beyaz ışık kirpiklerin etrafında kırınıma uğrayarak bir spektruma ayrıştırılır. Birbirine yakın oluklara sahip bir lazer diski, yansıtıcı bir kırınım ızgarasına benzer. Bir elektrik ampulünden yansıyan ışığa bakarsanız, ışığın bir spektruma ayrıştığını görürsünüz. Buna karşılık gelen çeşitli spektrumlar gözlemlenebilir Farklı anlamlar k. Ampulden gelen ışık plakaya geniş bir açıyla çarptığında resim çok net olacaktır.

3. Bir test görevinin gerçekleştirilmesi.

Seçenek I.

1. 
   A. v1 = v2
   B. Δφ = 0
   İÇİNDE.Δφ = sabit
   G.ν 1 = ν 2, Δφ = sabit
2. λ ℓ 1 Ve ℓ 2 M noktasından ( Resim 1) M noktasında aşağıdakiler gözlenir:
   A. Maksimum;
   B. Asgari;
   İÇİNDE. Cevap belirsiz;
   G.
3. n 1 n 2. arasındaki ilişki nedir? n 1 Ve n 2?
   A. n 1< n 2
   B. n1 =n2
   İÇİNDE. n 1 > n 2
   G. cevap belirsiz
4. D λ φ , hangi altında ilk ana maksimum gözlemleniyor?
   A. sinφ =λ/d
   B. sinφ =d/λ
   İÇİNDE.çünkü φ= λ/d
   İLE.çünkü φ= d/λ
5. 
   A.
   B. Kırınım ses dalgaları, Çünkü . λses>> λışık
   İÇİNDE. λses<< λсв .
   G.
6. 
   A. A
   B. B
   İÇİNDE. veya diskin boyutuna bağlı olarak a veya b.

BENBen seçeneğim.

1. Işık dalgaları aşağıdaki durumlarda tutarlıdır:
   A.ν1 = ν2 , Δφ = sabit B.ν1 = ν2 İÇİNDE. Δφ = 0 G. Δφ = sabit
2. Dalga boyuna sahip iki tutarlı kaynak λ farklı mesafelerde bulunan ℓ1 Ve ℓ2 M noktasından.( şekil 2) M noktasında aşağıdakiler gözlenir: A. Maksimum; B. Asgari; İÇİNDE. Cevap belirsiz; G. A-B cevapları arasında doğru cevap bulunmamaktadır.
3. Optikleri bir kırılma indeksi ile bir cam yüzey üzerinde "netleştirmek" için n1 kırılma indeksi olan ince şeffaf bir film uygulayın n2. arasındaki ilişki nedir? n1 Ve n2?
   A. n1 = n2 B. n1 > n2 İÇİNDE. n1< n2 G. cevap belirsiz
4. Noktalı kırınım ızgarası D dalga boyuna sahip normal olarak gelen bir ışık huzmesi tarafından aydınlatılır λ . Aşağıdaki ifadelerden hangisi açıyı tanımlar φ ikinci ana maksimumun hangi altında gözlemlendiği? A. sinφ = 2λ/d B. sinφ =d/2λ İÇİNDE.çünkü φ= 2λ/d İLE.çünkü φ= d/2λ
5. Ne gündelik Yaşam Gözlemlemek daha mı kolay: sesin kırınımı mı yoksa ışık dalgalarının mı?
   A. Işık dalgalarının kırınımı, çünkü λses<< λсв .
   B. Görsel organizmanın - gözün - özelliğinden dolayı ışık dalgalarının kırınımı.
   İÇİNDE. Ses dalgalarının kırınımı, çünkü bunlar uzunlamasınadır ve ışık dalgaları eninedir.
   G. Ses dalgalarının kırınımı, çünkü . λses>> λışık
   
6. Küçük bir disk tek renkli beyaz ışıkla aydınlatıldığında ekranda bir kırınım deseni gözlenir. Kırınım modelinin merkezinde aşağıdakiler gözlenir: A. Beyaz nokta; B. karanlık nokta.
   A. A B. B İÇİNDE. veya deliğin yarıçapına bağlı olarak a veya b.

“Fraunhofer Kırınımını” görüntüleyin/parçalayın.

Bu materyal için sorular:

1. Kırınım ızgarası nedir?
   Cevap: Kırınım ızgarası, opak boşluklarla ayrılmış çok sayıda çok dar yarıktan oluşan bir koleksiyondur.
2. Bir prizmanın ürettiği spektrumlar kırınım spektrumlarından nasıl farklıdır?
   Cevap: Kırınım ızgarası ve prizma - spektral aletler– spektrum analizörleri. Bir prizma kullanılarak elde edilen spektrum, kısa dalga boyu kısmında daha fazla gerilir ve uzun dalga boyu kısmında sıkıştırılır, çünkü Prizma mor ışınları daha güçlü bir şekilde saptırır. Kırınım ızgarası kırmızı ışınları daha güçlü bir şekilde saptırır, spektrum neredeyse tekdüzedir.
3. Bu neye bağlıdır açısal mesafe kırınım spektrumundaki maksimumlar arasında?
   Cevap: Kırınım spektrumundaki maksimumlar arasındaki açısal mesafe, kırınım ızgarasının sabitine bağlıdır. Kırınım ızgarası sabiti ne kadar küçük olursa, spektrumlar arasındaki açısal mesafe o kadar büyük olur.
4. Bir cihazın çözme gücünü ne belirler?
   Cevap: Yarık sayısı arttıkça spektral çizgilerin keskinliği de artar; yarık sayısı arttıkça spektrum genişler; bu, cihazın çözme gücünü belirler.
5. Ne tür ızgaralara yansıtıcı denir?
   Cevap: Geçen yüzyılın sonundan bu yana yansıtıcı ızgaralar yaygınlaştı. Bu tür ızgaralarda 1 mm'de birkaç bine kadar çizgi bulunur. 1 mm başına ne kadar çok çizgi olursa, spektrumun açısal genişliği o kadar büyük olur.
6. Ne tür ızgaralar biliyorsunuz?
   Cevap: Michelson kademesi - adımların kenarlarında kırınım;
   İçbükey küresel kafes– merceksiz odaklama aynası görevi görür;
   Çapraz kırınım ızgaraları - spektrumu iki koordinat boyunca ayıran 2 boyutlu bir kırınım yapısı oluşturur;
   Düzensiz yapı (tozlu pencere) – gökkuşağı halkaları oluşturur;
   İnsan kirpikleri aralarındaki boşluklarla kaba bir kırınım ızgarası oluşturur.
7. Kırınım ızgaralarını kullanan optik aletleri adlandırın ve bilimin hangi alanlarında kullanılıyorlar?
   Cevap: Kırınım ızgaraları spektroskoplarda, spektrograflarda, özel mikroskoplarda, astronomi, fizik, kimya, biyoloji, teknolojide, maddelerin absorpsiyon ve yansıma spektrumlarını incelemek, optik özellikleri incelemek için kullanılır. çeşitli malzemeler, çeşitli maddelerin hızlı analizi için üretimde.

Birbirine kısa mesafede bulunan birçok dar yarık, harika bir optik cihaz - bir kırınım ızgarası - oluşturur. Izgara, ışığı bir spektruma dönüştürür ve ışığın dalga boyunu çok doğru bir şekilde ölçmenize olanak tanır.

Deneysel çalışmaya geçmeden önce kırınım ızgarası kullanarak dalga boyunu belirleme problemini çözeceğiz ve yarıklardan gelen dalgaların birbirini güçlendirdiği koşulu belirlemek için formülü tekrarlayacağız.

Sorunun çözümü. Tahta üzerinde çalışın.

2405 – S.

0,02 mm'lik bir periyoda sahip bir kırınım ızgarası kullanılarak, ilk kırınım görüntüsü merkezi maksimumdan 3,6 cm uzaklıkta ve ızgaradan 1,8 m uzaklıkta elde edildi. Işığın dalga boyunu bulun.

4. Deneysel görevin tamamlanması. Gruplarla çalışmak.

Ders: « Bir kırınım ızgarası kullanılarak ışığın dalga boyunun belirlenmesi."

Deneysel görev: gösterilen kurulumun kullanılması Figür 3, dalga boyunu belirleyin (belirtilen rengin).

Şekle dikkat edin (Ek 1, slayt 7). Izgara, cetvelin (1) ucuna tutturulan tutucuya (2) monte edilmiştir. Cetvelin üzerinde, ortasında dar bir dikey yarık bulunan siyah bir ekran (3) bulunmaktadır. Ekranda ve cetvelde milimetrik ölçekler bulunmaktadır. Tüm kurulum bir tripod üzerine monte edilmiştir.

İş emri:

1. Ölçeği hedefleme yarığı ile maksimuma taşıyın olası mesafe kırınım ızgarasından. ( Ek 2).
2. Cihazın eksenini düz filamanlı bir lambaya doğrultun. (bu durumda lambanın filamanı, kalkanın dar görüş filamanından görülebilmelidir. Dikkatlice yarığın önce soluna, sonra sağına bakın. Bu durumda yarığın sağına ve soluna, bir ölçeğin üzerinde siyah arka plan görünür olacaktır kırınım desenleri(spektrum)).
3. Cihazı hareket ettirmeden, birinci dereceden spektrumlardaki renk bantlarının merkezlerinin konumunu belirlemek için ölçeği kullanın. Sonuçları tabloya kaydedin.
4. Ölçüm verilerinden dalga boyunu hesaplayın. Referans kitabında verilen ışığın bu renginin dalga boyu değeriyle karşılaştırın. Bir sonuç çıkarın.

d * sin φ =k * λ

λ = d * sin φ/ k, çünkü açılar küçükse sin φ = tan φ

tan φ = , sonra λ =

Sonuçlar tablosu:

Bugünkü dersimizde ışık dalgalarının özelliklerini bir kez daha tekrarladık. pratik tanım optik bir cihaz kullanan ışık dalga boyu - bir kırınım ızgarası, elde edilen verileri referans sonuçlarıyla karşılaştırır,

Bütün bunlar, bir kırınım ızgarasının ışığın dalga boyunu büyük bir doğrulukla belirlememize olanak sağladığı sonucuna varmamızı sağladı.

Kullanılmış Kitaplar.

1. Fizik: Ders Kitabı. 11. sınıf için. Genel Eğitim kurumlar / G.Ya. Bukhovtsev. – 12. baskı. – E: Eğitim, 2004.
2. Fizik: Ders Kitabı. 11. sınıf için. Genel Eğitim kurumlar / N.M.Shakhmaev, S.N.Shakhmaev, D.Sh.Shodiev – M: Eğitim, 2000.
3. Dalga optiği: Ders kitabı. - M.: Bustard, 2003.
4. Okul kursu fizik: testler ve ödevler. – M.: Shkola-Press, 1996.
5. Fizik ve teknoloji el kitabı: Ders kitabı. Öğrenciler için bir el kitabı - M.: Eğitim, 1989.
6. 10-11. Sınıflar için fizik problemlerinin toplanması, yazar. G.N.Stepanova - M.: Eğitim, 2001.

4 numaralı laboratuvar çalışması

KIRINIM IZGARASININ KULLANILMASIYLA IŞIĞIN DALGA BOYUNU BELİRTME

Aksesuarlar:ışığın dalga boyunu, ışık kaynağını, kırınım ızgarasını belirlemek için cihaz.

Kırınım ızgarası, çok sayıda yakın paralel yarıktan oluşan bir sistemdir. En basit kırınım ızgarası, üzerine bir bölme makinesi kullanılarak bir dizi paralel çizginin uygulandığı bir cam plakadır.

Bölme makinesi tarafından çizilen yerler ışığı dağıtır, böylece gözlem yönüne yalnızca önemsiz bir kısım düşer, böylece çizgiler plakanın sağlam kısımları - yarıklar arasındaki pratikte neredeyse opak boşluklardır.

En basit durumda, ışığın şeffaf çizgilerin genişliği ile şeffaf bir kırınım ızgarası üzerinde normal gelişi "D" ve opak "B" maksimumların konumu eşitlikle belirlenir:

mλ=(a+b)sinφ =d sinφ

Nerede φ - kırınım açısı

λ - ışık dalga boyu

M- spektrum sırası

d=(a+b)- sözde "kalıcı kafes"

Şu tarihte: m=0 maksimum koşul tüm dalga boyları için sağlanır; en

φ=0 merkezi bir ışık (beyaz) şerit gözlenir; renk maksimumları (renk şeritleri) sağda ve solda simetrik olarak yerleştirilmiştir. Sınır numarası Bir ızgara kullanılarak elde edilebilecek spektrumlar aşağıdaki ilişkiyle verilir:

Kırınım ızgarasının temel özelliklerinden biri çözünürlüğüdür. Izgaranın çözünürlüğü Rayleigh şartına göre belirlenir: iki spektral çizgilerçözüldü (görünür)

ayrı ayrı) maksimum bir satır ise (λ1) ikinci satırın en yakın minimumunun bulunduğu yere düşer (λ2) .

Bundan, ızgaranın çözünürlüğünün /A/ irade:

Nerede N - ızgara çizgilerinin sayısı.

Izgarada daha büyük bir çözme gücü elde edilir. büyük değerler N ,

Çünkü emir T küçük.

Işığın dalga boyunu belirlemeye yarayan cihaz. Amaç ve cihaz.

Cihaz /Şek.1/ ahşap bir şeritten /1/ oluşur dikdörtgen bölüm
500 mm'den biraz daha uzun. Açık üst yüzeyölçek çıtalar üzerinde işaretlenmiştir
milimetrik bölmelerle. Çıtaların yan kenarlarında tüm uzunluk boyunca uzanan oyuklar bulunmaktadır. Rayın ortasında, altta, takılı

metal bileklik / 2/, metal bir çubuğun ucunun bir menteşe kullanılarak tutturulduğu / 3 /. Bu çubuk üzerinde ray altına sabitlenebilir farklı açılar vida /4/. Rayın ön kısmının ucuna bir çerçeve takılmıştır /5/. Çerçevenin içine 1 cm'de 500 ve 1000 çizgilik bir kırınım ızgarası yerleştirilir. Diğer uçta, rayın oluklarında kayan rayın üzerine bir sürgü /6/ yerleştirilir. Kaydırıcı rayın tüm uzunluğu boyunca hareket edebilir. Kaydırıcının üzerinde bir kalkan var /7/, üst kısmı siyaha boyanmıştır.

Kalkanın alt kısmı siyah pullu beyazdır. Sıfır ölçeği kalkanın ortasında bulunur. Santimetre bölümleri sıra sayılarıyla işaretlenmiştir. Kalkandaki sıfır bölümün altına küçük dikdörtgen bir pencere /8/ yapılır ve bunun altına da ölçeğin sıfır bölümü boyunca bir yuva yapılır. Cihaz, 1 cm başına 500 bölmeli bir kırınım ızgarasıyla birlikte verilir.

CİHAZIN ÇALIŞTIRILMASI

Işığın dalga boyunu belirlemek için laboratuvar çalışması yapmak için bir tripoda veya kaldırma masasından bir standa sahip olmanız gerekir. /9/ /Şek.4/ ve bir tripod üzerindeki sokette bir elektrik ampulü.

Gösteri masasına elektrik ampullü bir priz yerleştirilmiştir, böylece lambanın dikey düz bir çizgi şeklindeki yalnızca bir ısıtılmış filamanı çalışanlar tarafından görülebilmektedir. Bu amaçla bir "alt kısım" uygundur - tek filamanlı bir lamba /Şek. 2/.

Çalışmak için normal bir elektrik lambasını Şekil 3'te gösterildiği gibi konumlandırarak kullanabilirsiniz.

Çalıştırma kurulumu Şekil 4'te gösterildiği gibi monte edilir.

Cihaz, yatay olarak monte edilen rayın aynı hizada olacağı bir yükseklikte bir kaldırma masasından bir stand üzerine monte edilir.

gözlemcinin göz seviyesi. Rayın arka ucuna çerçeveye bakan ölçekli bir sürgü yerleştirilmiştir. Çerçeveye bir kırınım ızgarası yerleştirilmiştir (kırınım ızgarasına uygulanan çizgiler, kalkan üzerindeki yuvaya paralel olmalıdır). Gözünüzü kırınım ızgarasına yaklaştırarak, her spektrumun mor kısmı ölçeğin ortasına (yarığa doğru) bakacak şekilde cihazı ışık kaynağına doğrultun.

1 cm başına 500 çizgiden oluşan bir ızgarada genellikle üç çift spektrum görülebilir. Bu durumda, birinci veya ikinci spektrum çiftini /pencereden saymayı/ kullanmak daha iyidir. Diğer spektrumlar genellikle belirsizdir ve sınırlarını belirlemek zordur. Spektrum ölçeğe paralel değilse bu, ızgara üzerindeki çizgilerin lamba filamanına paralel olmadığı anlamına gelir. Lambayı ızgarayla hafifçe döndürerek spektrumların ölçeğe paralel olmasını sağlayın. İÇİNDE laboratuvar işi Görünürlük sınırındaki mor ve kırmızı ışınların ışık dalga boylarını belirler. Bunu yapmak için, pencerenin her iki tarafında bulunan ilk spektrumdaki bir ölçeğe, ölçeğin ortasından aşırı mor ışınlara ve aşırı kırmızı /"C"/'ye kadar olan mesafeyi sayın.

Sol spektrum için elde edilen değerler sağdaki karşılık gelen değerlerden farklıysa, hem mor hem de kırmızı ışınların ortalama değerini bulun /değerlerin toplamı ikiye bölünür/, sonra Asa üzerindeki ölçeği kullanarak, kalkandan ölçeğin sıfır bölümünde bulunan kırınım ızgarasına kadar olan mesafeyi milimetre cinsinden belirleyin. Kalkan ölçeğinin ortasından gözlenen ışına kadar olan "C" mesafesinin mesafeye bölünmesi ben kalkandan kırınıma kadar

kafesler, açının tanjantını elde edin φ altında bu ışın görülebilir. Bu açının sinüsü orana eşit gözlenen ışının ışık dalgasının dalga boyunun aralarındaki mesafeye kadar olan değeri

kafesin bitişik çubukları / yani. kafes sabiti D/.Çünkü φ küçükse, o zaman önemli bir hata olmadan şunu varsayabiliriz: tanφ≈sinφ , o zaman elimizde:

veya şuradan:

Bizim durumumuzda" D ", 1 cm'de 500 çizgi bulunan bir ızgaranın 1/500 cm'sine veya 1 mm'de 50 çizgi bulunan 1/50 mm'ye eşit olacaktır. Işık dalga boyu şu şekilde belirlenirse:

ikinci dereceden spektrumlar, bunun yerine λ (koymak) almak lazım 2λ . Daha sonra:

Daha doğru sonuçlar elde etmek için gerekli ben mümkün olduğu kadar büyük alın ve kaydırıcıyı, spektrumun başlangıcı / veya sonu / kalkanın darbesine gelene kadar ray boyunca kalkandan hareket ettirin ve İLE tam milimetre cinsinden ifade edilir. Cihazla elde edilen sonuçlar şuradan görülebilir: aşağıdaki örnek:

Aşırı mor ışınlar sıfır ölçekli bölümden (hem sağda hem de solda) 11 mm mesafede görülebilir. Ölçek, kırınım ızgarasından 495 mm uzaklıkta bulunur. Aşırı kırmızı ışınlar, 490 mm aralıklı bir ölçekle 19 mm mesafeden görülebilmektedir.

O zaman mor ışınların dalga boyu:

mk

a, kırmızı ışınların uzunluğu:

mk

Laboratuvar çalışmaları farklı şekilde yapılabilir: Önceden bilinen ışık dalga boyları kullanılarak belirli bir kırınım ızgarasının sabiti belirlenir. Kafes sabiti: mm

, 1mm=10 -3 μm, burada m=1,2,3,…

BİR KIRIM IZGARASININ ÇÖZÜNÜRLÜĞÜNÜN BELİRLENMESİ

Kafes sabitini bilerek ve kafesin uzunluğunu bir cetvelle ölçerek içindeki çizgi sayısını bulabilirsiniz. N (sayıya ilişkin böyle bir tahmin N Izgaradaki tüm çubukların aydınlatıldığını ve çalıştığını varsayarız).

Kırınım spektrumunun sırası M çözünürlük ifadesinde yer alan:

En yüksek kırınım spektrumlarından hangisinin hala gözlem için yeterli yoğunluğa sahip olduğunu deneyimlerden öğrenmek gerekir (nadir durumlarda 3 veya 4'ten fazla olabilir)

EDEBİYAT: 1. Landsberg, Optik.

2. Akademisyen Papaleksi tarafından düzenlenen Fizik dersi, cilt 2.

3. Frisch, Spektroskop tekniği.

IŞIĞIN DALGA BOYUNU KULLANARAK BELİRTME

GONİOMETRE

GONİOMETRE. Açı ölçerin yatay kadranı (1) (daire) derecelere veya bunların parçalarına bölünmüştür. Uzuvun ortasında bir sahne var A,üzerine bir kırınım ızgarası yerleştirilir. Masa dönebilir dikey eksen. Tablonun ızgarayla açısal konumu açısal verniye ile ölçülür N2, uzuv boyunca kayar. Kolimatör tüpü gonyometre standına sabit bir şekilde monte edilmiştir. İLE dikey yuvalı S. Kolimatör ızgaraya dar bir paralel ışın demeti gönderir. Kolimatörün karşısında bir boru var M, uzvun merkezinden geçen dikey bir eksen etrafında dönebilen. Borunun açısal konumu sabittir.

N1 verniyesini kullanarak. Optik tüpün M göz merceği, çalışma sırasında kırınım spektrumu çizgisine yerleştirilen bir çapraz iplik içerir.

açıların ölçülmesi φ kafes tarafından saptırılmayan ışınlarla ana maksimumların yönlerinden oluşur.

GENEL BİLGİ: Dalga kırınımı, dalgaların küçük engeller etrafında veya deliklerin kenarları etrafında bükülmesidir. dalga boyu. Aynı genişliğe sahip, dalga boyuyla orantılı bir dizi dar paralel yarık, eşit mesafeler birbirinden ayrılmasına kırınım ızgarası denir.

Bir ışın kırınım ızgarasına yönlendirilirse paralel ışınlar Aynı dalga boyunda ise ışının bir kısmı ızgaradan orijinal yönde geçecek ve bir kısmı orijinalinden sapacaktır.

açıya doğru yönler φ . Bu açıya kırınım açısı denir. Değeri, iki bitişik yarığın (a + b) merkezleri arasındaki mesafeye ve uzunluğa bağlıdır.

A dalgası, gelen ışık.

Kırınım ızgarasından geçen ışınlar merceğin odağında toplanırsa, en yüksek ışık yoğunluğu buna karşılık gelen noktada olacaktır.

köşe φ =0. Aşağıdaki yoğunluk maksimumları noktalarda elde edilir:

denklemi sağlamak için karşılık gelen açılar φ:

(a+b)günahφ ila = kλ(1), burada (a+b) kafes sabitidir,

k- kırınım spektrumu sırası (k=0,1,2,...).

Formül (1), (a + b), φ k ve bilindiğinde şunu gösterir: k, Işığın dalga boyunu bulabilirsiniz.

Bu çalışmada kırınım açılarını ölçmek için bir gonyometre kullanılmıştır. Yönölçer masasına kolimatör eksenine dik bir kırınım ızgarası yerleştirilmiştir. Kolimatör yarığı bir lamba ile aydınlatılır.

Eğer yüklerseniz tespit kapsamı kolimatör ekseni yönünde, daha sonra tüpün görüş alanında sıfır merkezi maksimumu göreceğiz (kolimatör yarığının görüntüsü).

Boruyu sağa veya sola hareket ettirdiğimizde ilk önce birinci dereceden bir spektrum göreceğiz. Boru daha fazla döndürüldükçe görüş alanında ikinci dereceden bir spektrum görünecektir, vb.

Herhangi bir dalganın kırınım açısını belirlemek için, teleskopun görüş lambasını karşılık gelen rengin çizgisine istenen sırayla sıfır maksimumun sağına veya soluna doğrultmak gerekir.

Nişan alırken boru konumunun gonyometre ölçeğinde sıfırdan ölçülmesine izin verin

solda α ve sağda β olacaktır. Bu durumda β-α okumalarındaki fark, kırınım açısının iki katını verir.

İŞİN YAPILMASI İÇİN PROSEDÜR

1. Açı ölçerin açıklamasını okuyun.

2. Kolimatörü lambaya doğrultun. Kırınım ızgarasının yerinde olup olmadığını kontrol edin
kolimatörden çıkan ışın demetine diktir.

3. Teleskobu merkezi kırınım maksimumuna doğrultun.
Mercek tüpünü hareket ettirerek ipliğin net bir görüntüsünü elde edin,
göz merceğinde gerilmiş ve kolimatör yarığının net bir görüntüsü.

4. İpliklerin kesişimini ilk önce birinci derece spektrumdaki mavi çizgiye yerleştirin
sola, sonra sağa. Her kurulumda borunun konumu ölçülür
verniyeye göre üretin, böylece

burada α ve β verniye okumasıdır.

5. Spektrumdaki kırmızı çizgi için 4. maddede belirtilen ölçümleri tekrarlayın.
ikinci emir.

6. Aşağıdaki formülü kullanarak kırınım açılarını belirleyin:

4 numaralı laboratuvar çalışmasına hazırlanmak için sorular ve görevler

"IŞIĞIN DALGA BOYUNU BELİRTME"

kırınım ızgarası"

Konu: "IŞIĞIN KIRINIMI"

1. Hakkında temel fikirler modern görüşler Işığın doğası hakkında.

2. Dalga ve parçacık olaylarını hangi olguların doğruladığını açıkça bilin
ışığın doğası. Işık kırınımı olgusu nereye aittir?

3. Huygens ilkesi. Bu prensibe yapılan eklemelerin özü nedir?
Fresnel'mi? /Huygens-Fresnel prensibi/.

4. Işık kırınımı olgusu nedir? Açıkça söyleyebilmek
tanım.

5. Fresnel bölgesi yöntemi. Işık düz bir çizgide mi ilerliyor yoksa değil mi?
Fresnel kırınım fenomeni / uygulaması hakkında bilgi sahibi olmak
Fresnel bölgesi yönteminin belirli durumları/.

6. Fraunhofer kırınım olgusu / kırınım olgusundan farklılıkları
Fresnel fenomeni/. Tek yarık ile Fraunhofer kırınımı, koşul min ve
max, yayılma grafiği /ışık yoğunluğu dağılımı/.

7. Kırınım ızgarası - nedir, nasıl aydınlatılır, nasıl ışık geliyor
ızgaralamadan sonra kirişler arasındaki yol farkı, min ve max'ın nasıl etkilendiği.
Ek minimum ve maksimum - neyle ilgilidirler, nasıl etkilenirler
kırınım deseni.

8. Beyaz ışık neden bir kırınım ızgarası tarafından renkli ışığa ayrışıyor?
menzil.

9.Kırınım spektroskopunun optik diyagramını çizebilmeli,
kolimatör yarığının amacı.

10. Izgara özellikleri: dağılım ve çözünürlük. Neyden
tam olarak bağımlılar mı? Rayleigh kriteri?

11. Kırınım spektrumları neye benzer: değişen renkler, düzenler? Nasıl
spektrumun görünümü bir ızgaranın diğeriyle / farklı bir ızgarayla değiştirilmesinden etkilenir
sabit d/?

12. Kırınım sıralarının sayısı sınırlı mı, değil mi? Her halükârda

d sabiti ile A dalga boyu arasındaki ilişki, ışık kırınımı gözleniyor mu?

13. Hacimsel kırınım ızgaralarında kırınımı kısaca tanıtın
/kristal kafesler/, Wulff-Bragg formülü.

14. İş deneylerinin içeriğini ve ana sonuçlarını açıkça sunun.

15. Kırınım olgusunun olumsuz rolü nedir?
Optik enstrümanlar?