Φάσμα περίθλασης. Προσδιορισμός του μήκους κύματος του φωτός με χρήση πλέγματος περίθλασης

Ο αριθμός των φασμάτων περίθλασης είναι περιορισμένος και καθορίζεται από τη συνθήκη

sinΘ =m/d1. (τέσσερα)

Από το (4) προκύπτει ότι όσο μεγαλύτερη είναι η σταθερά του πλέγματος, τόσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός των μεγίστων που μπορεί να παρατηρηθεί, αλλά τα μέγιστα γίνονται λιγότερο φωτεινά σε αυτή την περίπτωση.

Περιγραφή της πειραματικής εγκατάστασης

Η εργασία χρησιμοποιεί μια σχάρα κοινή στην εργαστηριακή πρακτική, η οποία είναι μια γυάλινη πλάκα, στην οποία εφαρμόζονται πολλές παράλληλες πινελιές με ειδικό διαμαντοκόπτη χρησιμοποιώντας διαχωριστική μηχανή.

Για τη μέτρηση της γωνίας παραμόρφωσης, χρησιμοποιείται ένα γωνιόμετρο, το σχήμα του οποίου φαίνεται στο σχήμα 3.

Το γωνιόμετρο αποτελείται από ένα τηλεσκόπιο Τ, ένα παραμετροποιητή Κ, έναν πίνακα Γ, ένα άκρο Ε, ένα γωνιόμετρο Η. Το παραμετρικό χρησιμεύει για τη δημιουργία μιας παράλληλης δέσμης φωτός. Αποτελείται από έναν εξωτερικό σωλήνα με φακό O και έναν εσωτερικό σωλήνα με σχισμή εισόδου W εγκατεστημένη στο εστιακό επίπεδο του φακού. Ένα επίπεδο κύμα φωτός (μια παράλληλη δέσμη φωτός) αναδύεται από τον ρυθμιστή και πέφτει σε ένα πλέγμα περίθλασης. Οι δέσμες φωτός συλλέγονται από τον τηλεσκοπικό φακό και σχηματίζουν μια πραγματική εικόνα της σχισμής του παραμετροποιητή στο εστιακό επίπεδο. Στο οπτικό πεδίο του προσοφθάλμιου φακού, ο σταυρός των νημάτων και η πραγματική εικόνα της σχισμής (μέγιστη περίθλαση) είναι ταυτόχρονα ορατοί. Μετακινώντας το τηλεσκόπιο, μπορεί κανείς να ευθυγραμμίσει τη διασταύρωση των νημάτων με οποιοδήποτε από τα μέγιστα περίθλασης. Η πηγή της ακτινοβολίας που ερευνήθηκε είναι μια λάμπα νέον.

Ολοκλήρωση της εργασίας

Όταν εργάζεστε με ένα πλέγμα περίθλασης, το κύριο καθήκον είναι να μετρήσετε με ακρίβεια τις γωνίες στις οποίες παρατηρούνται τα μέγιστα για διαφορετικά μήκη κύματος.

Ξεκινώντας, είναι απαραίτητο να ρυθμίσετε το γωνιόμετρο. Για αυτό χρειάζεστε:

1. Ρυθμίστε το τηλεσκόπιο στο άπειρο, δηλ. σε μια καθαρή όραση μακρινών αντικειμένων.

2. Τοποθετήστε την πηγή φωτός (λάμπα νέον) πάνω στη σχισμή του ρυθμιστή.

3. Εγκαταστήστε το τηλεσκόπιο έτσι ώστε ο οπτικός του άξονας να είναι συνέχεια του άξονα του collimator. Αυτό θα επιτευχθεί όταν η κατακόρυφη γραμμή του προσοφθάλμιου φακού του σωλήνα βρίσκεται στη μέση της εικόνας της σχισμής.

4. Τοποθετήστε τη σχάρα στο τραπέζι έτσι ώστε το νήμα του προσοφθάλμιου φακού να βρίσκεται στη μέση της κεντρικής φωτεινότερης ζώνης (φάσμα μηδενικής τάξης). Για να ληφθούν καλά φάσματα, το πλέγμα πρέπει να ρυθμιστεί κάθετα στη δέσμη των ακτίνων, έτσι ώστε οι διαδρομές του να είναι παράλληλες με τη σχισμή του ρυθμιστή.

Ένα πλέγμα περίθλασης με γνωστή περίοδο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση των μηκών κύματος. Κατά την εκτέλεση εργασιών, το πλέγμα παραμένει ακίνητο και το τηλεσκόπιο περιστρέφεται έτσι ώστε η εικόνα της υπό μελέτη φασματικής γραμμής να συμπίπτει με το νήμα του προσοφθάλμιου φακού.

Το μήκος κύματος προσδιορίζεται από τον τύπο τριψίματος
. Εδώ d=0,01mm; m είναι η σειρά του φάσματος ή ο αριθμός του μέγιστου. Αυτή η εξίσωση είναι ο βασικός τύπος υπολογισμού για τον υπολογισμό του μήκους των κυμάτων φωτός χρησιμοποιώντας πλέγματα περίθλασης.

Η μέτρηση του μήκους κύματος μειώνεται στον προσδιορισμό της γωνίας απόκλιση των ακτίνων από την αρχική κατεύθυνση. Περαιτέρω εργασίες εκτελούνται με την ακόλουθη σειρά.

1. Διαβάστε τη θέση της μηδενικής γραμμής n 0. Για να γίνει αυτό, το νήμα του προσοφθάλμιου φακού πρέπει να ευθυγραμμιστεί με το μέσο του φάσματος μηδενικής τάξης (κεντρική φωτεινή ζώνη) και, χρησιμοποιώντας κυκλικό καντράν και βερνιέ, να προσδιορίσετε την τιμή του n 0 .

2. Ομοίως, κάντε μετρήσεις για τις κόκκινες, κίτρινες και πράσινες γραμμές των φασμάτων της 1ης και 2ης τάξης, ευθυγραμμίζοντας κάθε φορά το νήμα του προσοφθάλμιου φακού με την αντίστοιχη γραμμή. Οι μετρήσεις πρέπει να εκτελούνται με τη σειρά που φαίνεται στο σχήμα 4.

3. Καταγράψτε τα αποτελέσματα των μετρήσεων στον πίνακα 1.

4. Εάν όλες οι ενδείξεις στα δεξιά συμβολίζονται με , και στα αριστερά - , τότε η γωνία για την ίδια ευθεία μπορεί να υπολογιστεί με τρεις τρόπους (οι τύποι δίνονται παρακάτω):

Για μια πράσινη γραμμή, για παράδειγμα παραγγέλνω, n 1 \u003d n 1 και n’ 1 \u003d n 2, για μια κίτρινη γραμμή παραγγέλνω n 1 \u003d n 3, n 1 \u003d n 4, κ.λπ. (βλ. πίνακα 1).

5. Γνωρίζοντας τη γωνία, προσδιορίστε το μήκος κύματος για κάθε γραμμή του φάσματος.

Τραπέζι 1.

αριθμός σειράς με σχέδιο	ανάγνωση στο δεξιό άκρο	αντίστροφη μέτρηση στα αριστερά

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΤΕΣΤ

1. Ποια κύματα ονομάζονται συνεκτικά;

2. Τι είναι το φαινόμενο της περίθλασης;

3. Διατυπώστε την αρχή Huygens-Fresnel.

4. Τι είδους περίθλαση παρατηρείται στο έργο;

5. Ποια γραμμή χρώματος στο φάσμα της 1ης και υψηλότερης τάξης θα είναι πιο κοντά στο κεντρικό μέγιστο;

6. Πώς θα διαφέρουν τα σχήματα περίθλασης που λαμβάνονται από σχάρες με διαφορετικές σταθερές, αλλά με τον ίδιο αριθμό γραμμών;

7. Πώς θα αλλάξει το μοτίβο περίθλασης εάν ένα τμήμα του πλέγματος είναι κλειστό όπως στο σχήμα;

8. Ποια είναι η σειρά των χρωμάτων στα φάσματα περίθλασης;

9. Ποιο είναι το χρώμα του μηδενικού μέγιστου; Γιατί είναι έτσι;

10. Πώς θα αλλάξει το σχέδιο περίθλασης εάν αλλάξει το πλάτος της σχισμής χωρίς να αλλάξει η σταθερά του πλέγματος;

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

1. Sivukhin D.V. Γενικό μάθημαη φυσικη. Τ.3. Οπτική. Μ.: Nauka, 1985.- 752σ.

2. Μαθήματα Savelyev I. V. γενική φυσική. Τ.2. ηλεκτρισμού και μαγνητισμού. Κυματιστά. Οπτική. Μ.: Nauka, 1988.-496 σελ.

3. Feynman R., Layton R., Sands M. Feyman Lectures on Physics. Τ.3-4. Ακτινοβολία. Κυματιστά. Quanta. Μ.: Μιρ, 1977.- 496 σελ.

4. Landsberg G. S. Optics. Μ.: Nauka, 1976.- 823 p.

5. Kaliteevsky N. I. κυματική οπτική. Μ.: μεταπτυχιακό σχολείο, 1978.- 321s.

Εργαστηριακή εργασία Νο 4 ΜΕΛΕΤΗ ΝΟΜΟΥ ΤΗΣ ΜΑΛΥΟΥ

Σκοπός της εργασίας: πειραματική επαλήθευση του νόμου Malus.

Συσκευές και αξεσουάρ: μια πηγή φωτός λέιζερ ημιαγωγών (GaAs), ένας φωτοανιχνευτής, ένα γαλβανόμετρο, ένας αναλυτής με γωνιακή σήμανση που εφαρμόζεται σε αυτό (η τιμή μιας διαίρεσης είναι 1 o).

Θεωρητικό μέρος της εργασίας

Από την άποψη της ηλεκτρομαγνητικής θεωρίας, το φως είναι εγκάρσια ηλεκτρομαγνητικά κύματα, στα οποία τα διανύσματα του ηλεκτρικού πεδίου Ε και του μαγνητικού Η ταλαντώνονται σε αμοιβαία κάθετα επίπεδα. Ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα (e/m) ονομάζεται γραμμικά πολωμένο ή επίπεδο-πολωμένο εάν το ηλεκτρικό διάνυσμα Ε βρίσκεται πάντα στο ίδιο επίπεδο, στο οποίο βρίσκεται και το κανονικό k προς το μέτωπο του κύματος (Εικ. 1). Το επίπεδο που περιέχει το κανονικό k προς τα εμπρός και στο οποίο βρίσκεται το ηλεκτρικό διάνυσμα E e/m του κύματος, ονομάζεται επίπεδο πόλωσης. Το φυσικό φως δεν είναι πολωμένο, είναι μια συλλογή κυμάτων φωτός που εκπέμπονται από πολλά μεμονωμένα άτομα και τα διανύσματα Ε και Η ταλαντώνονται τυχαία προς όλες τις κατευθύνσεις κάθετες στη δέσμη. ΣΤΟ φυσικό φωςόλες οι κατευθύνσεις των ταλαντώσεων του διανύσματος Ε αποδεικνύονται εξίσου πιθανές. Το φυσικό φως περιλαμβάνει το φως της ημέρας, το φως πυρακτώσεως κ.λπ.

Για την απόκτηση γραμμικά πολωμένου φωτός, στην πράξη χρησιμοποιούνται συχνά πολαροειδή που κατασκευάζονται από κρυστάλλους τουρμαλίνης ή γεροπατίτη. Κάθε polaroid χαρακτηρίζεται από έναν οπτικό άξονα , ο οποίος είναι μια προτιμώμενη κατεύθυνση. φυσική έννοιααφιερωμένη κατεύθυνση σε αυτή η υπόθεσηείναι όπως ακολουθεί. Αφήστε το φως να πέσει σε ένα polaroid κάθετο στο επίπεδό του που περιέχει τον οπτικό άξονα. Το ηλεκτρικό διάνυσμα κύμα E e / m μπορεί να αποσυντεθεί σε δύο συστατικά. Αυτά τα στοιχεία μπορούν πάντα να επιλέγονται έτσι ώστε ένα από αυτά, για παράδειγμα, το E y να είναι παράλληλο προς τον οπτικό άξονα  και το άλλο, ας το ονομάσουμε E x, να είναι κάθετο στο . Εάν το φυσικό φως κατευθύνεται προς το polaroid, τότε μόνο αυτά τα κύματα e/m θα περάσουν μέσα από το polaroid, τα ηλεκτρικά διανύσματα E του οποίου έχουν συστατικά E y (παράλληλα με τον οπτικό άξονα του polaroid). Σε αυτή την περίπτωση, εμφανίζεται η πόλωση του φυσικού φωτός.

Οτι. η πόλωση του φωτός με τη βοήθεια των πολαροειδών συνίσταται στον διαχωρισμό ταλαντώσεων ορισμένης κατεύθυνσης από μια δέσμη φωτός. Εάν το φυσικό φως πέφτει στον πολωτή, η ένταση του οποίου είναι I, τότε η ένταση I του εκπεμπόμενου πολωμένου φωτός δεν εξαρτάται από τον προσανατολισμό του πολωτή (την περιστροφή του γύρω από τη δέσμη) και είναι ίση με το ήμισυ της έντασης του προσπίπτοντος φυσικό φως:

Το ανθρώπινο μάτι δεν μπορεί να διακρίνει το πολωμένο φως από το φυσικό φως. Μια συσκευή ικανή να μεταδίδει τη συνιστώσα του διανύσματος φωτός Ε που ταλαντώνεται μόνο σε ένα συγκεκριμένο επίπεδο μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την ανάλυση του πολωμένου φωτός. σε αυτή την περίπτωση ονομάζεται αναλυτής. Εάν ένα μερικώς πολωμένο φως πέσει στον αναλυτή, τότε η περιστροφή του αναλυτή γύρω από τη δέσμη συνοδεύεται από αλλαγή της έντασης του εκπεμπόμενου φωτός από το μέγιστο (το επίπεδο του αναλυτή συμπίπτει με την κατεύθυνση yy) στο ελάχιστο.

Εάν το επίπεδο πολωμένο φως πέσει στον αναλυτή Α (Εικ. 3), τότε το εξάρτημα

, (1)

όπου  είναι η γωνία μεταξύ του επιπέδου ταλαντώσεων του προσπίπτοντος φωτός pp και του επιπέδου του αναλυτή aa. Δεδομένου ότι η ένταση του φωτός είναι ανάλογη του E 2, λαμβάνοντας υπόψη το (1), λαμβάνουμε:

όπου I είναι η ένταση του φωτός που βγαίνει από τον αναλυτή, I o είναι η ένταση του προσπίπτοντος φωτός. Ο τύπος (2) εκφράζει το νόμο Malus. Όταν ο αναλυτής περιστρέφεται γύρω από τη δέσμη, είναι δυνατόν να βρεθεί μια τέτοια θέση στην οποία το φως δεν περνάει καθόλου από αυτήν (η ένταση I γίνεται ίση με μηδέν). Αυτός είναι ένας αξιόπιστος τρόπος για να διασφαλιστεί ότι το προσπίπτον φως είναι πλήρως πολωμένο. Εάν το φυσικό φως με ένταση δηλαδή διέρχεται διαδοχικά από τον πολωτή και τον αναλυτή, η εξερχόμενη δέσμη έχει μια ένταση.

Στο α=0 (τα επίπεδα του πολωτή και του αναλυτή είναι παράλληλα), η ένταση  είναι μέγιστη και ίση με . «Σταυρωμένος» πολωτής και αναλυτής
κανένα φως δεν περνάει καθόλου.

Μαθήματα >> Οικολογία

Μπορεί να εκτελεστεί με φασματοφωτομετρία, φωτοχρωματομετρία και χρωματομετρία. Προς την οπτικόςοι μέθοδοι περιλαμβάνουν στροβιλομετρία και νεφελομετρία - ανάλυση ..., 1990. -480s. Vasiliev V.P. Αναλυτική Χημεία. Στις 2 μ.μ. Μέρος 2ο. Physico – χημικές μεθόδουςανάλυση: Proc. Για...

Οπτικόςκαλώδια και τα χαρακτηριστικά τους

Διάλεξη >> Επικοινωνίες και επικοινωνίες

Γενικές βασικές απαιτήσεις για φυσικός- μηχανικά χαρακτηριστικά οπτικόςτα καλώδια είναι: - υψηλής αντοχής... αναπτύχθηκε και κατασκευάστηκε μεγάλος αριθμός σχεδίων οπτικόςκαλώδια. Πιο διαδεδομένοπήρα τέσσερα...

Physico-χημικές μεθόδους ανάλυσης, ταξινόμηση και βασικές τεχνικές τους

Περίληψη >> Χημεία

Η ταξινόμηση και οι βασικές τεχνικές τους Physico-χημικές μέθοδοι ανάλυσης (FHMA) ... . Μεγαλύτερο πρακτική χρήσηέχω οπτικός, χρωματογραφικές και ποτενσιομετρικές μέθοδοι ανάλυσης... μέρη του φάσματος =10-3...10-8 m Οπτικόςμέθοδοι (IR - φασματοσκοπία, ...

1. Τοποθετήστε ένα πλέγμα περίθλασης με τελεία στο πλαίσιο της συσκευής και στερεώστε το σε βάση.

2. Ενεργοποιήστε την πηγή φωτός. Κοιτάζοντας μέσα από το πλέγμα περίθλασης, δείτε και στις δύο πλευρές της ασπίδας σε μαύρο φόντο αισθητή φάσματα περίθλασηςαρκετές παραγγελίες. Εάν τα φάσματα έχουν κλίση, περιστρέψτε το πλέγμα κατά κάποια γωνία μέχρι να εξαλειφθεί η λοξή.

3. Ρυθμίστε την κλίμακα στην απόσταση Rαπό κιγκλίδωμα.

4. Τοποθετήστε ένα φίλτρο φωτός στο πλαίσιο, ξεκινώντας με κόκκινο και χρησιμοποιώντας την κλίμακα της θωράκισης που φαίνεται μέσα από τη σχάρα, προσδιορίστε την απόσταση μικρόαπό τη σχισμή μέχρι τις παρατηρούμενες γραμμές 1ης και 2ης τάξης. Καταγράψτε τα αποτελέσματα των μετρήσεων στον Πίνακα 6.

5. Κάντε το βήμα 4 για ακτίνες διαφορετικού χρώματος, εισάγοντας τα υπόλοιπα φίλτρα στο πλαίσιο.

6. Κάνε βήματα. 4 - 5 τρεις φορές μετακινώντας την κλίμακα σε απόσταση R 10 - 15 cm.

7. Προσδιορίστε το μήκος του φωτεινού κύματος σύμφωνα με τον τύπο (1) για όλα τα χρώματα των ακτίνων και εισάγετε στον πίνακα 6. Υπολογίστε το μέσο αριθμητικό μήκος κάθε φωτεινού κύματος.

Πίνακας 6. Μήκος κύματος φωτός διαφορετικών χρωμάτων

R, mm

μικρό, mm

l, nm

Προς την

ΚΑΙ

σολ

ΑΠΟ

φά

Προς την

ΚΑΙ

σολ

ΑΠΟ

φά

Μέσο μήκος κύματος

ερωτήσεις δοκιμής

1. Τι είναι η αρχή Huygens-Fresnel;

2. Ποια κύματα ονομάζονται συνεκτικά;

3. Τι ονομάζεται περίθλαση του φωτός; Πώς εξηγείται αυτό το φαινόμενο;

4. Ποια είναι η σειρά των χρωμάτων στα φάσματα περίθλασης; Ποιο είναι το χρώμα του μηδενικού μέγιστου;

5. Ποια είναι η διαφορά μεταξύ των φασμάτων περίθλασης που δίνονται από σχάρες με τον ίδιο αριθμό σχισμών, αλλά με διαφορετικές σταθερές, και σχάρες με τις ίδιες σταθερές, αλλά με διαφορετικό αριθμό σχισμών;

6. Πώς θα αλλάξει η δράση ενός πλέγματος περίθλασης εάν τοποθετηθεί σε νερό;

7. Πώς εξηγείται ο σχηματισμός φάσματος περίθλασης από μια σχισμή της οθόνης από ακτίνες που έχουν περάσει από τη σχισμή; Τι καθορίζει την κατανομή της έντασης στο κέντρο της οθόνης;

8. Μονοδιάστατο πλέγμα περίθλασης. Πώς εξηγείται ο σχηματισμός ενός σχεδίου περίθλασης στην οθόνη; Σε ποια σημεία παρατηρούνται τα μέγιστα έντασης, σε ποια ελάχιστα και γιατί;

9. Ποια είναι η διαφορά μεταξύ των σχεδίων περίθλασης όταν το πλέγμα φωτίζεται με μονόχρωμο φως και λευκό φως; Πώς εξηγούνται αυτά τα φαινόμενα;

10. Τι είναι η παρεμβολή φωτός; Συμμετέχει αυτό το φαινόμενο στον σχηματισμό ενός φάσματος περίθλασης σε μια σχισμή ή ένα πλέγμα;

11. λευκό φωςπροσπίπτει κανονικά σε μονοδιάστατο πλέγμα περίθλασης που περιέχει 100 σχισμές ανά 1 mm. Πώς κατανέμεται η ένταση του φωτός στην οθόνη; Πόσα επιπλέον χαμηλά μεταξύ των δύο μεγάλων υψηλών υπάρχουν στην οθόνη; Ποιες είναι οι προϋποθέσεις για τον σχηματισμό μεγάλων υψηλών και μεγάλων χαμηλών;

12. Το λευκό φως πέφτει κανονικά σε πλέγμα περίθλασης και σε λεπτό φακό μεγαλύτερης διαμέτρου. Πώς να εξηγήσετε τα μοτίβα που σχηματίζονται στην οθόνη όταν το φως διέρχεται από έναν φακό και ένα πλέγμα περίθλασης;

13. Ποια είναι τα μήκη κύματος του ορατού φωτός; Υπόκεινται σε διασπορά;

14. Τι καθορίζει το πλάτος των ζωνών του φάσματος περίθλασης; Τι παρατηρείται στην οθόνη εάν το πλάτος της σχισμής είναι πολύ μεγαλύτερο από το μήκος κύματος l; Πώς εξηγείται αυτό το φαινόμενο;

15. Τι ονομάζεται γραμμική και γωνιακή διασπορά ενός πλέγματος περίθλασης;

16. Τι ονομάζεται ισχύς διαχωρισμού ενός πλέγματος περίθλασης;

17. Δώστε ένα παράδειγμα μοτίβων περίθλασης που λαμβάνονται για δύο φασματικές γραμμέςχρησιμοποιώντας σχάρες που διαφέρουν σε ανάλυση και γραμμική διασπορά.

Διαβάστε επίσης:

I. Περίθλαση Fraunhofer κατά μία σχισμή και προσδιορισμός του πλάτους της σχισμής.
Ι. Νοσηλευτική διαδικασία στη στένωση μιτροειδούς: αιτιολογία, μηχανισμός διαταραχών του κυκλοφορικού, κλινική, φροντίδα ασθενών.
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7. Περίθλαση επίπεδου ηλεκτρομαγνητικού κύματος από ιδανικά αγώγιμο κύλινδρο
Κεφάλαιο 8
ΤΟ ΠΕΘΛΑΣΤΙΚΟ ΕΞΡΙΓΜΑ ΩΣ ΦΑΣΜΑΤΙΚΟ ΟΡΓΑΝΟ. ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΟΥ ΔΙΑΘΛΑΣΤΙΚΟΥ ΣΧΡΩΜΑΤΟΣ. BRAGG ΠΕΡΙΘΛΑΣΗ. ΠΕΡΙΘΛΑΣΗ ΣΕ ΠΟΛΛΑ ΕΜΠΟΔΙΑ ΣΕ ΤΥΧΑΙΑ ΤΟΠΟΘΕΤΗΣΗ

Εργασία Νο. 3. ΠΑΡΘΛΑΣΗ

Σκοπός:μάθετε να λαμβάνετε μοτίβα περίθλασης από διάφορα αντικείμενα σε αποκλίνουσες ακτίνες, προσδιορίστε το μήκος κύματος του φωτός από το σχέδιο περίθλασης.

Ερωτήματα που πρέπει να γνωρίζουμε

για άδεια εργασίας:

1. Τι είναι το φαινόμενο της περίθλασης του φωτός;

2. Η αρχή του Huygens-Fresnel.

3. Μέθοδος ζωνών Fresnel.

4. Πώς μπορεί να προσδιοριστεί ο αριθμός των ζωνών Fresnel από τον τύπο του σχεδίου περίθλασης που λαμβάνεται από μια στρογγυλή οπή;

5. Ποια είναι η διαφορά μεταξύ της περίθλασης Fraunhofer και της περίθλασης Fresnel;

6. Περίθλαση σε αποκλίνουσες και παράλληλες δέσμες από στρογγυλό πλέγμα και στρογγυλή οπή.

7. Ποια είναι η σειρά των χρωμάτων στα φάσματα περίθλασης; Ποιο είναι το χρώμα του μηδενικού μέγιστου;

8. Τι λέγεται πλάκα ζώνης?

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Περίθλαση είναι το φαινόμενο της απόκλισης μιας δέσμης φωτός από ευθύγραμμη διάδοσηή ελαφρύ τύλιγμα γύρω από αδιαφανή αντικείμενα. Μετά τη διάθλαση, που αποκλίνουν από την ευθύγραμμη διάδοση, οι ακτίνες μπορούν να συναντηθούν και να επικαλύπτονται μεταξύ τους, και λόγω του γεγονότος ότι προέρχονται από το ίδιο κύμα, είναι συνεκτικές (βλέπε εργασία για την παρεμβολή φωτός) και, ως εκ τούτου, σχηματίζουν ένα μοτίβο παρεμβολής (εναλλασσόμενα μέγιστα και ελάχιστα εκπομπών). Ένα τέτοιο σχέδιο ονομάζεται «μοτίβο περίθλασης». Για να αναλυθεί μια τέτοια εικόνα, είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε τα πλάτη και τις φάσεις των κυμάτων που εμφανίζονται.

Εξετάστε την περίθλαση σε αποκλίνουσες δέσμες (περίθλαση Fresnel) και την περίθλαση σε παράλληλες δέσμες (διάθλαση Fraunhofer).

Περίθλαση σε αποκλίνουσες ακτίνες από μια κυκλική οπή (Περίθλαση Fresnel)

Πλάτη ταλαντώσεων που έχουν φτάσει σε ένα σημείο ΑΛΛΑσε διαφορετικά τμήματα της επιφάνειας του κύματος (Εικ. 1), εξαρτώνται από την απόσταση ( σι) αυτών των τμημάτων μέχρι το σημείο ΑΛΛΑ, το μέγεθος και τη γωνία τους έναμεταξύ κανονικού σε

μέτωπο κύματος και κατεύθυνση προς το σημείο ΑΛΛΑ. Κατά την εύρεση του προκύπτοντος εύρους ταλαντώσεων από όλα τα τμήματα, είναι επίσης απαραίτητο να ληφθεί υπόψη το γεγονός ότι οι φάσεις των μεμονωμένων ταλαντώσεων μπορεί να μην συμπίπτουν, καθώς οι διαδρομές τους στο σημείο ΑΛΛΑ. Εύρεση του πλάτους των ταλαντώσεων, σε γενική περίπτωσηαρκετά δύσκολη εργασία. Ο Fresnel πρότεινε μια απλή μέθοδο, η εφαρμογή της οποίας δίνει ένα ποιοτικά σωστό μοτίβο περίθλασης σε μια σειρά από τις απλούστερες περιπτώσεις.

Με διαφορά στη διαδρομή των κυμάτων ( - μήκος κύματος), οι ταλαντώσεις συμβαίνουν σε αντιφάση και αλληλοακυρώνονται. Ο Fresnel πρότεινε να σπάσει το μέτωπο του κύματος σε ζώνες, ακραία σημείαπου δίνουν ταλαντώσεις σε αντιφάση, αυτή η ζώνη είναι μέρος της σφαιρικής επιφάνειας στο μέτωπο του κύματος.

Οι ζώνες Fresnel κατασκευάζονται ως εξής. Η κεντρική ζώνη (Εικ. 1) περιλαμβάνει όλα τα σημεία, τη διαφορά φάσης των ταλαντώσεων από τα οποία στο σημείο ΑΛΛΑλιγότερο από Π(του οποίου η απόσταση από το σημείο ΑΛΛΑΟΧΙ πια σι 1 = , όπου σι – μικρότερη απόστασηαπό μέτωπο κύματος σε σημείο ΑΛΛΑ). Η γειτονική δεύτερη ζώνη (με διαφορά διαδρομής ) είναι μια δακτυλιοειδής περιοχή στη σφαίρα που περικλείεται μεταξύ σημείων για τα οποία, αφενός, και , αφ 'ετέρου. Είναι προφανές ότι επόμενες ζώνεςθα είναι επίσης δακτυλιοειδή σημεία που οριοθετούνται εξωτερικά, για τα οποία , όπου κ– αριθμός ζώνης. Μπορεί να φανεί ότι οι περιοχές όλων των ζωνών είναι περίπου ίσες και η ακτίνα κ-η ζώνη ισούται με

. (1)

Υπολογισμός του προκύπτοντος πλάτους ταλάντωσης από όλες τις ζώνες Fresnel σε ένα σημείο ΑΛΛΑβολικό στην παραγωγή διανυσματικό διάγραμμα. Για να γίνει αυτό, χωρίζουμε νοερά κάθε ζώνη Fresnel σε μεγάλος αριθμόςομόκεντρες υποζώνες την ίδια περιοχή. Τότε το πλάτος ταλάντωσης ολόκληρης της υποζώνης μπορεί να αναπαρασταθεί ως ένα άθροισμα στοιχειωδών διανυσμάτων που έχουν μια μικρή μετατόπιση φάσης μεταξύ τους, δηλ. μια περιστροφή κατά DJ, και τα ακραία στοιχειώδη διανύσματα θα μετατοπιστούν στη φάση κατά μια γωνία Π, δηλαδή απευθύνεται σε αντίθετες πλευρές. Όλα τα στοιχειώδη διανύσματα της ζώνης μαζί σχηματίζουν ένα ημικύκλιο και το προκύπτον πλάτος ταλάντωσης μι 1 από μια ζώνη μπορεί να βρεθεί αθροίζοντας όλα τα διανύσματα, δηλαδή, σχηματίζει ένα διάνυσμα που συνδέει την αρχή και το τέλος της αλυσίδας των στοιχειωδών διανυσμάτων (Εικ. 2α).

Ομοίως, μπορείτε να κάνετε μια κατασκευή, συμπεριλαμβανομένης της δεύτερης ζώνης (Εικ. 2β). Διάνυσμα αποτελέσματος μι 2 στρέφονται κατά μι 1 και πάνω απόλυτη τιμήκάπως λιγότερο μιένας . Η τελευταία περίσταση οφείλεται στο γεγονός ότι, αν και οι περιοχές των ζωνών είναι οι ίδιες, η δεύτερη ζώνη είναι ελαφρώς κεκλιμένη σε σχέση με τον παρατηρητή στο σημείο ΑΛΛΑ. Ωστόσο, το συνολικό πλάτος των ταλαντώσεων μι 1 + μι 2 είναι μικρό (Εικ. 2β).

Γραφικά, το πλάτος ταλάντωσης μπορεί να υπολογιστεί αντικαθιστώντας τις αλυσίδες των διανυσμάτων με τα αντίστοιχα μέρη του κύκλου. Το σχήμα 2 (γ και δ) δείχνει τέτοιες κατασκευές για τρία και περισσότεροζώνες ενός σφαιρικού κυματομετώπου. Συγκρίνοντας τις περιπτώσεις α και δ, σημειώνουμε ότι το πλάτος των ταλαντώσεων από την 1η ζώνη Fresnel είναι δύο φορές (και η ένταση του φωτός Εγώ 4 φορές όσο Εγώ » ΕΝΑ 2) μεγαλύτερο από το αντίστοιχο πλάτος από άπειρο αριθμό ζωνών.

Ας υπάρχει μια σημειακή πηγή μικρόκαι αδιαφανής πλάκα Μμε στρογγυλή τρύπα (Εικ. 3α). Απαιτείται ο προσδιορισμός του φωτισμού σε ένα σημείο ΑΛΛΑ, ξαπλωμένο σε ευθεία γραμμή που περνά από την πηγή μικρόμέσα από το κέντρο της τρύπας. Προφανώς, η τρύπα θα διαπεράσει μόνο ένα μέρος του σφαιρικού κύματος. Φωτισμός σε ένα σημείο ΑΛΛΑθα καθοριστεί από τη δράση μόνο αυτού του τμήματος του μετώπου, δηλαδή μόνο από τις ανοιχτές ζώνες Fresnel, ο αριθμός των οποίων εξαρτάται από τη διάμετρο της οπής, το μήκος κύματος και τη γεωμετρία του πειράματος.

Αν ο αριθμός των ανοιχτών ζωνών Προς τηνείναι άρτια, τότε ο γραφικός υπολογισμός της έντασης (Εικ. 2β) οδηγεί σε μια εξαφανιστικά μικρή ένταση, δηλ. στο σημείο ΑΛΛΑθα υπάρχει σκοτάδι, και με μια περίεργη Προς την(Εικ. 2, α, γ) στο σημείο ΑΛΛΑθα υπάρχει μέγιστος φωτισμός.

Προφανώς, πρέπει να είναι συμμετρικό ως προς το σημείο ΑΛΛΑ(αφού σε σημεία που βρίσκονται στην ίδια απόσταση από το κέντρο, οι συνθήκες περίθλασης θα είναι οι ίδιες). Σε αυτή την περίπτωση, αν παρατηρήσουμε ένα φωτεινό σημείο σε ένα σημείο του άξονα, τότε γύρω από αυτό θα βρούμε έναν σκοτεινό δακτύλιο, γύρω από τον οποίο θα παρατηρήσουμε έναν φωτεινό δακτύλιο, δηλαδή, το σχέδιο περίθλασης είναι ένας εναλλασσόμενος σκοτεινός και φωτεινός δακτύλιος (κύκλοι ) (Εικ. 3, β) .

Γωνία έναπου χαρακτηρίζει την κατεύθυνση προς κάποιο μέγιστο περίθλασης ονομάζεται γωνία περίθλασης (Εικ. 3α). Είναι δυνατό (αν και όχι εύκολο) να δείξουμε ότι η κατεύθυνση προς τον πρώτο δακτύλιο χαρακτηρίζεται από μια γωνία (ακριβέστερα 1,22 ), όπου ρε- διάμετρος οπής.

1 | | |

1. Τι είναι η αρχή Huygens-Fresnel;

2. Ποια κύματα ονομάζονται συνεκτικά;

3. Τι ονομάζεται περίθλαση του φωτός; Πώς εξηγείται αυτό το φαινόμενο;

4. Ποια είναι η σειρά των χρωμάτων στα φάσματα περίθλασης; Ποιο είναι το χρώμα του μηδενικού μέγιστου;

6. Πώς θα αλλάξει η δράση ενός πλέγματος περίθλασης εάν τοποθετηθεί σε νερό;

11. Το λευκό φως πέφτει κανονικά σε ένα μονοδιάστατο πλέγμα περίθλασης που περιέχει 100 σχισμές ανά 1 mm. Πώς κατανέμεται η ένταση του φωτός στην οθόνη; Πόσα επιπλέον χαμηλά μεταξύ των δύο μεγάλων υψηλών υπάρχουν στην οθόνη; Ποιες είναι οι προϋποθέσεις για τον σχηματισμό μεγάλων υψηλών και μεγάλων χαμηλών;

13. Ποια είναι τα μήκη κύματος του ορατού φωτός; Υπόκεινται σε διασπορά;

15. Τι ονομάζεται γραμμική και γωνιακή διασπορά ενός πλέγματος περίθλασης;

16. Τι ονομάζεται ισχύς διαχωρισμού ενός πλέγματος περίθλασης;

17. Δώστε ένα παράδειγμα μοτίβων περίθλασης που λαμβάνονται για δύο φασματικές γραμμές χρησιμοποιώντας πλέγματα που διαφέρουν ως προς την ανάλυση και τη γραμμική διασπορά.

Εργαστήριο #4

Μελέτη των χαρακτηριστικών ρεύματος-τάσης φωτοκυττάρου

4.1. Στόχοι και στόχοι της εργασίας

Στόχοι της εργασίας:

– Εξοικείωση των μαθητών με τη μελέτη των νόμων του εξωτερικού φωτοηλεκτρικού φαινομένου.

Εργασιακά καθήκοντα:

– Μελέτη των χαρακτηριστικών ρεύματος-τάσης του φωτοκυττάρου.

– Προσδιορισμός σφάλματος μέτρησης.

4.2. Θεωρητικό μέρος

4.2.1. φωτοηλεκτρικό φαινόμενο

Ένας μεγάλος αριθμός σύγχρονων βιομηχανικών και εργαστηριακών εγκαταστάσεων για τη μέτρηση, τον έλεγχο και τη ρύθμιση διαφόρων φυσικών και τεχνολογικές διαδικασίεςβασίζονται στη χρήση φωτοευαίσθητων στοιχείων - φωτοκυττάρων.

Τα φωτοκύτταρα χρησιμοποιούνται ηλεκτρικά φαινόμεναπου προκύπτουν σε μέταλλα και ημιαγωγούς υπό την επίδραση του φωτός που προσπίπτει στην επιφάνειά τους. Αυτά τα φαινόμενα ονομάζονται φωτοηλεκτρικό φαινόμενο και συνίστανται στο γεγονός ότι τα ηλεκτρόνια μέσα στον αγωγό λαμβάνουν πρόσθετη ενέργεια από τη φωτεινή ροή.

Τρεις τύποι φωτοηλεκτρικών φαινομένων είναι σήμερα γνωστοί:

1. Εξωτερικό φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, είναι μια εκπομπή φωτοηλεκτρονίου από την επιφάνεια των μετάλλων.

2. Εσωτερικό φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, που συνίσταται στην αλλαγή ηλεκτρική αντίστασηορισμένοι ημιαγωγοί όταν εκτίθενται στο φως.

3. Φωτοηλεκτρικό φαινόμενο βαλβίδας, που οδηγεί σε διαφορά δυναμικού μεταξύ των στρωμάτων δύο ουσιών με διαφορετική φύσηαγώγιμο.

Σύμφωνα με τους ονομαζόμενους τρεις τύπους φωτοηλεκτρικού φαινομένου, διακρίνονται τρεις τύποι φωτοκυττάρων: φωτοκύτταρα με εξωτερικό φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, φωτοαντιστάσεις με εσωτερικό φωτοηλεκτρικό φαινόμενο και φωτοκύτταρα βαλβίδας.

Το 1890 διατυπώθηκαν τρεις νόμοι για το εξωτερικό φωτοηλεκτρικό φαινόμενο:

1. Σε μια σταθερή συχνότητα του προσπίπτοντος φωτός, ο αριθμός των φωτοηλεκτρονίων που εκπέμπονται από τη φωτοκάθοδο ανά μονάδα χρόνου είναι ανάλογος της έντασης του φωτός (η ισχύς του φωτορεύματος κορεσμού είναι ανάλογη με τον ενεργειακό φωτισμό της καθόδου).

2. Μέγιστο ταχύτητα εκκίνησης(μέγιστο αρχικό κινητική ενέργεια) των φωτοηλεκτρονίων δεν εξαρτάται από την ένταση του προσπίπτοντος φωτός, αλλά καθορίζεται μόνο από τη συχνότητά του n.

3. Για κάθε ουσία υπάρχει ένα κόκκινο περίγραμμα του φωτοηλεκτρικού φαινομένου (ανάλογα με χημική φύσηουσία και η κατάσταση της επιφάνειάς της) - η ελάχιστη συχνότητα φωτός, κάτω από την οποία το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο είναι αδύνατο.

Για να εξηγήσει τον μηχανισμό του φωτοηλεκτρικού φαινομένου, ο Αϊνστάιν πρότεινε ότι το φως με συχνότητα n δεν εκπέμπεται μόνο από μεμονωμένα κβάντα (σύμφωνα με την υπόθεση του Planck), αλλά διαδίδεται επίσης στο διάστημα και απορροφάται από την ύλη σε επιμέρους τμήματα (κβάντα), των οποίων η ενέργεια είναι .

Quanta ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολίακινείται με την ταχύτητα του φωτός Μεστο κενό ονομάζονται φωτόνια.

Η ενέργεια του προσπίπτοντος φωτονίου δαπανάται στο έργο εξόδου του ηλεκτρονίου από το μέταλλο και στην επικοινωνία της κινητικής ενέργειας στο εκπεμπόμενο ηλεκτρόνιο.

Η εξίσωση του Αϊνστάιν για το εξωτερικό φωτοηλεκτρικό φαινόμενο:

Αυτή η εξίσωση εξηγεί την εξάρτηση της κινητικής ενέργειας των φωτοηλεκτρονίων από τη συχνότητα του προσπίπτοντος φωτός. Η οριακή συχνότητα (ή μήκος κύματος), στην οποία η κινητική ενέργεια των φωτοηλεκτρονίων γίνεται ίση με το μηδέν, είναι το κόκκινο όριο του φωτοηλεκτρικού φαινομένου.

Υπάρχει μια άλλη μορφή γραφής της εξίσωσης Αϊνστάιν για το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο:

4.2.2. Φωτοκύτταρα με εξωτερικό φωτοηλεκτρικό φαινόμενο

Ένα φωτοκύτταρο με εξωτερικό φωτοηλεκτρικό φαινόμενο είναι μια δίοδος στην οποία η εκπομπή ηλεκτρονίων από την κάθοδο λαμβάνει χώρα υπό τη δράση μιας φωτεινής ροής που προσπίπτει σε αυτήν.

Η συσκευή φωτοκυττάρου φαίνεται στο σχ. 10. Δύο ηλεκτρόδια βρίσκονται σε ένα γυάλινο ερμητικά σφραγισμένο δοχείο - κάθοδος 1 και άνοδος 2. Η φωτοκάθοδος γίνεται με την εφαρμογή φωτοευαίσθητου υλικού σε εσωτερική επιφάνειαγυάλινο λαμπτήρα του φωτοκυττάρου έτσι ώστε το φωτοευαίσθητο στρώμα να είναι στραμμένο προς το εσωτερικό του λαμπτήρα. Το καίσιο είναι το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο φωτοευαίσθητο υλικό. Η άνοδος του φωτοκυττάρου κατασκευάζεται με τη μορφή ενός μικρού δακτυλίου (ή πλέγματος), το οποίο είναι τοποθετημένο σε ένα πόδι στη βάση. Με αυτό το σχήμα, η άνοδος δεν εμποδίζει τις ακτίνες φωτός να φτάσουν στην κάθοδο.

Τα φωτοκύτταρα με εξωτερικό φωτοηλεκτρικό φαινόμενο κατασκευάζονται σε δύο τύπους: κενού και πλήρωσης αερίου. Στα φωτοκύτταρα κενού, ο αέρας αντλείται σε βαθύ κενό. Για πλήρωση αερίου - μετά την άντληση του αέρα, η φιάλη γεμίζεται με αδρανές αέριο (αργό, ήλιο) σε πίεση περίπου 0,01 - 1 mm. rt. Τέχνη.

Για να μελετήσουμε την εξάρτηση του φωτορεύματος από τον φωτισμό και την τάση στα ηλεκτρόδια, το κύκλωμα που φαίνεται στο Σχ. 11. Το φωτοκύτταρο εμφανίζεται σε μορφή κατάλληλη για παρουσίαση. Ο φωτισμός της καθόδου αλλάζει αλλάζοντας την απόσταση μεταξύ του φωτοκυττάρου και του φωτοκυττάρου. Με την αύξηση της απόστασης της πηγής φωτός, ο φωτισμός αλλάζει σύμφωνα με το νόμο:

όπου J- ένταση φωτός της πηγής, rείναι η απόσταση μεταξύ της πηγής φωτός και του φωτοκυττάρου.

Όταν πλησιάζετε την πηγή, ο φωτισμός αυξάνεται σύμφωνα με το νόμο:

πού για διαφορετικές έννοιεςπολλαπλότητα φωτισμού μι, 2μι, 3μι, … η απόσταση μεταξύ της πηγής φωτός και του φωτοκυττάρου θα είναι ίση με ….

Ρύζι. 11. Διάγραμμα εγκατάστασης

4.3. Όργανα καιαξεσουάρ:

– Εργαστηριακή συσκευή – 1 τεμ.

– Σύρματα – 2 τεμ.

– Τροφοδοτικό – 1 τεμ.

4.4. Εντολή εργασίας

1. Συνδέστε το τροφοδοτικό στο όργανο. Ενεργοποιήστε το τροφοδοτικό, το όργανο και το φωτοκύτταρο χρησιμοποιώντας τους διακόπτες.

2. Ρυθμίστε την πηγή φωτός σε απόσταση rαπό το φωτοκύτταρο.

3. Μετρήστε την ισχύ του φωτορεύματος αλλάζοντας την τάση από 0 V σε 7 V σε διαστήματα 1 V.

4. Επαναλάβετε το βήμα 3 για τις ίσες αποστάσεις από την πηγή φωτός έως το φωτοκύτταρο, https://pandia.ru/text/78/242/images/image069_4.gif" width="17" height="53 src="> Τα αποτελέσματα εισάγονται στις μετρήσεις στον πίνακα 7.

5. Σύμφωνα με τα αριθμητικά δεδομένα του πίνακα, να κατασκευάσετε σε ένα γράφημα τις εξαρτήσεις του φωτορεύματος από την τάση σε διαφορετικά επίπεδα φωτισμού.

Πίνακας 7. Χαρακτηριστικά Volt-ampere του φωτοκυττάρου


		Εγώ, uA

4.5. ερωτήσεις δοκιμής

1. Πώς λειτουργεί ένα φωτοκύτταρο με εξωτερικό φωτοηλεκτρικό φαινόμενο;

2. Διατυπώστε τους νόμους του φωτοηλεκτρικού φαινομένου.

3. Τι ονομάζεται ρεύμα κορεσμού του φωτοκυττάρου;

4. Σε ποια συχνότητα προσπίπτοντος φωτός παρατηρείται το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο; Ποιο είναι το κόκκινο περίγραμμα του φωτοηλεκτρικού φαινομένου;

5. Γιατί το φωτορεύμα αυξάνεται με την αύξηση του φωτοφωτισμού στην ίδια τάση στις επαφές του φωτοκυττάρου;

6. Με ποιον νόμο αυξάνεται ο φωτισμός του φωτοκυττάρου καθώς πλησιάζει την πηγή φωτός;

7. Πώς οφείλεται η αύξηση του φωτορεύματος λόγω αύξησης της τάσης στις επαφές του φωτοκυττάρου με σταθερό φωτισμό;

8. Σχεδιάστε ένα φωτοκύτταρο με εξωτερικό φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, ονομάστε τα στοιχεία του και εξηγήστε την αρχή λειτουργίας

9. Σύμφωνα με το κατασκευασμένο χαρακτηριστικό ρεύματος-τάσης του φωτοκυττάρου, εξηγήστε την έννοια της περιοχής κορεσμού.

10. Πώς εξαρτάται το ρεύμα εξόδου από τον φωτισμό του φωτοκυττάρου; Εξηγήστε αυτή τη σχέση.

11. Πώς διατυπώνονται οι νόμοι του εξωτερικού φωτοηλεκτρικού φαινομένου;

12. Επιβεβαιώνονται οι νόμοι του φωτοηλεκτρικού φαινομένου σε αυτή την εργασία;

13. Γράψτε τον τύπο του Αϊνστάιν για το εξωτερικό φωτοηλεκτρικό φαινόμενο και αναλύστε τον. Ποια συστατικά της φόρμουλας του Αϊνστάιν επιβεβαιώνονται από τις εκτελούμενες εργαστηριακές εργασίες;

14. Ποια τάση ονομάζεται ανάφλεξη, από τι εξαρτάται;

Εργαστήριο #5

Η μελέτη της πόλωσης του φωτός

5.1. Στόχοι και στόχοι της εργασίας

Στόχοι της εργασίας:

– Εξοικείωση των μαθητών με το φαινόμενο της πόλωσης φωτός.

Εργασιακά καθήκοντα:

– Προσδιορίστε τον δείκτη διάθλασης του γυαλιού χρησιμοποιώντας τη γωνία Brewster.

– Επαληθεύστε πειραματικά την εγκυρότητα του νόμου Malus.

– Προσδιορίστε μοτίβα στην παρατήρηση διπλής διάθλασης σε κρύσταλλο Ισλανδικής ράβδου.

5.2. Θεωρητικό μέρος

5.2.1. Πόλωση φωτός

Ως γνωστόν, ένα επίπεδο ηλεκτρομαγνητικό κύμα φωτόςείναι εγκάρσια και αντιπροσωπεύει τη διάδοση αμοιβαία κάθετες δονήσεις: διάνυσμα τάσης ηλεκτρικό πεδίοκαι διάνυσμα τάσης μαγνητικό πεδίο(Εικ. 12, α)..gif" width="24" height="25 src="> υπονοείται.

Μια δέσμη φωτός στην οποία διαφορετικές κατευθύνσεις του διανύσματος σε ένα επίπεδο εγκάρσιο προς την κατεύθυνση διάδοσης του κύματος είναι εξίσου πιθανές ονομάζεται φυσική. Στο φυσικό φως, οι διακυμάνσεις σε διαφορετικές κατευθύνσεις αντικαθιστούν γρήγορα και τυχαία η μία την άλλη (Εικ. 12, β).

Το φως στο οποίο οι κατευθύνσεις των διανυσματικών ταλαντώσεων είναι διατεταγμένες με κάποιο τρόπο και υπακούουν σε κάποια κανονικότητα ονομάζεται πολωμένο σε κύκλο ή ελλειπτικά πολωμένο (Εικ. 13, σι, σε). Με τη γραμμική πόλωση, το επίπεδο που περιέχει τη δέσμη και το διάνυσμα ονομάζεται επίπεδο ταλάντωσης ή επίπεδο πόλωσης κυμάτων.

Για τη λήψη γραμμικά πολωμένου φωτός, χρησιμοποιούνται ειδικές οπτικές συσκευές - πολωτές. Το επίπεδο των ταλαντώσεων του ηλεκτρικού διανύσματος σε ένα κύμα που έχει περάσει από έναν πολωτή ονομάζεται επίπεδο του πολωτή.

Οποιοσδήποτε πολωτής μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη του πολωμένου φωτός, δηλαδή ως αναλυτής. Στην περίπτωση αυτή, το επίπεδο ταλαντώσεων του εκπεμπόμενου φωτός θα συμπίπτει με το επίπεδο του αναλυτή. Ενταση Εγώγραμμικά πολωμένο φως μετά τη διέλευση από τον αναλυτή εξαρτάται από τη γωνία a που σχηματίζεται από το επίπεδο ταλάντωσης της δέσμης που προσπίπτει στον αναλυτή με το επίπεδο του αναλυτή, σύμφωνα με το νόμο Malus

όπου https://pandia.ru/text/78/242/images/image070_2.gif" width="20" height="25">, κάθετα στο επίπεδο πρόσπτωσης, παύλες - ταλαντώσεις στο επίπεδο πρόσπτωσης. Ο βαθμός πόλωσης της ανακλώμενης δέσμης εξαρτάται από τον σχετικό δείκτη διάθλασης και από τη γωνία πρόσπτωσης Εγώ. Όταν μια δέσμη πέφτει σε ένα αεροπλάνο ΜΝστη γωνία Brewster, η ανακλώμενη δέσμη είναι εντελώς πολωμένη. Η διαθλασμένη δέσμη είναι μερικώς πολωμένη. Αναλογία

που ονομάζεται νόμος του Μπρούστερ. Το επίπεδο ταλαντώσεων του ηλεκτρικού διανύσματος στο ανακλώμενο φως είναι κάθετο στο επίπεδο πρόσπτωσης (Εικ. 14).

Δεδομένου ότι το φως που ανακλάται από τη διηλεκτρική πλάκα είναι μερικώς (ή ακόμη και πλήρως) πολωμένο, το εκπεμπόμενο φως είναι επίσης μερικώς πολωμένο και γίνεται μικτό φως. Οι κυρίαρχες ταλαντώσεις του ηλεκτρικού διανύσματος στο εκπεμπόμενο φως θα συμβούν στο επίπεδο πρόσπτωσης. Η μέγιστη, αλλά όχι πλήρης, πόλωση του εκπεμπόμενου φωτός επιτυγχάνεται όταν προσπίπτει στη γωνία Brewster. Για να αυξηθεί ο βαθμός πόλωσης του εκπεμπόμενου φωτός, χρησιμοποιείται μια στοίβα γυάλινων πλακών, που βρίσκονται σε γωνία Brewster ως προς το προσπίπτον φως. Σε αυτήν την περίπτωση, είναι δυνατό να ληφθεί σχεδόν πλήρως πολωμένο εκπεμπόμενο φως, καθώς κάθε ανάκλαση εξασθενεί τους μεταδιδόμενους κραδασμούς, κάθετα επίπεδαπέφτοντας με συγκεκριμένο τρόπο.

5.2.3. Διάθλαση φωτός σε αμφίκυρτους κρυστάλλους

Μερικοί κρύσταλλοι έχουν την ιδιότητα της διπλής διάθλασης. Διαθλασμένη σε τέτοιο κρύσταλλο, η φωτεινή δέσμη χωρίζεται σε δύο γραμμικά πολωμένες δέσμες με αμοιβαία κάθετες κατευθύνσεις ταλάντωσης. Μία από τις ακτίνες ονομάζεται συνηθισμένη και συμβολίζεται με το γράμμα σχετικά με, το δεύτερο είναι ασυνήθιστο και συμβολίζεται με το γράμμα μι.

Η συνηθισμένη δοκός ικανοποιεί εθιμικό δίκαιοδιάθλασης και βρίσκεται στο ίδιο επίπεδο με την προσπίπτουσα ακτίνα και την κανονική. Για μια εξαιρετική ακτίνα, ο λόγος των ημιτόνων των γωνιών πρόσπτωσης και διάθλασης δεν παραμένει σταθερός καθώς αλλάζει η γωνία πρόσπτωσης. Επιπλέον, όχι συνηθισμένη δοκός, κατά κανόνα, δεν βρίσκεται στο επίπεδο πρόσπτωσης και αποκλίνει από τη δέσμη σχετικά μεακόμη και υπό κανονική πρόσπτωση φωτός.

Με την εκτροπή μιας από τις δοκούς στο πλάι, μπορεί να ληφθεί μια επίπεδη πολωμένη δέσμη. Έτσι, για παράδειγμα, είναι διατεταγμένο το πρίσμα πόλωσης Nicol (Εικ. 15). Οι δύο φυσικές όψεις του ισλανδικού κρυστάλλου spar κόβονται για να μειωθεί η γωνία μεταξύ των επιφανειών στις 68°. Στη συνέχεια, ο κρύσταλλος πριονίζεται σε δύο μέρη κατά μήκος του επιπέδου BDσε γωνία 90° ως προς τις νέες όψεις. Μετά το γυάλισμα, οι κομμένες επιφάνειες συγκολλούνται με καναδικό βάλσαμο, το οποίο έχει δείκτη διάθλασης που ικανοποιεί την κατάσταση , όπου και είναι οι δείκτες διάθλασης του ισλανδικού σπάρ για συνηθισμένες και έκτακτες ακτίνες.

Πτώση σε γωνία μεγαλύτερη από το όριο, σε επίπεδο BD, μια συνηθισμένη ακτίνα υφίσταται πλήρης εσωτερική αντανάκλασηστο περίγραμμα άστριος-βάλσαμο..gif" width="77 height=32" height="32">.gif" width="76" height="32 src=">, μετρήστε την ποσότητα φωτισμού. Δημιουργία γραφήματος και βγάλτε συμπέρασμα.

https://pandia.ru/text/78/242/images/image089.jpg" width="406" height="223 src=">

Τώρα αντί για διαφάνειες με κρυστάλλινες πλάκες, τοποθετούνται τα μοντέλα Νο 1 (δοκός) και Νο 2 (πλάκα). Πριν εγκαταστήσετε μοντέλα στη διαδρομή των ακτίνων φωτός, πρέπει να ρυθμίσετε τον πολωτή και τον αναλυτή σε πλήρη εξάλειψη του φωτός (αεροπλάνα μετάδοση P-Pκαι τα Α-Α είναι κάθετα). Στερεώστε το μοντέλο 1 στη θήκη (με τη βίδα σύσφιξης που έχετε ήδη χαλαρώσει) και βάλτε την εικόνα του στην οθόνη. Στη συνέχεια, σφίξτε το μοντέλο με μια βίδα και ακολουθήστε τις αλλαγές στην εικόνα στην οθόνη. Το μοντέλο #2 (δεν χωράει στη βάση) ελέγχεται για κάμψη με τον ίδιο τρόπο. Κάντε τα απαραίτητα συμπεράσματα και συμπεράσματα για την εργασία.

Εργασία 3. Μελέτη του φαινομένου της διπλής διάθλασης.

https://pandia.ru/text/78/242/images/image091_0.jpg" width="414" height="139 src=">

Τοποθετήστε μια επίπεδη-παράλληλη γυάλινη πλάκα στο περιστρεφόμενο δίσκο. Ρυθμίστε την κλίμακα του πίνακα στο μηδέν. Στερεώστε μια αφαιρούμενη σχισμή σε μία από τις βάσεις και χρησιμοποιήστε το ελατήριο στην υποδοχή για να τοποθετήσετε το παγωμένο γυαλί.

Τώρα είναι απαραίτητο να διασφαλιστεί ότι η επιφάνεια της γυάλινης πλάκας είναι κάθετη στη δέσμη φωτός (η γωνία πρόσπτωσης των ακτίνων θα είναι τότε ίση με μηδέν). Για να το κάνετε αυτό, κοιτάζοντας από πάνω από την πλευρά της σχισμής και γυρίζοντας το τραπέζι αντικειμένων (όχι τη ζυγαριά!) πρέπει να βεβαιωθείτε ότι η σχισμή, το κέντρο του τραπεζιού και η εικόνα της σχισμής βρίσκονται στην ίδια ευθεία γραμμή. Στη συνέχεια, περιστρέφοντας την πλάκα (όχι το τραπέζι!) δεξιόστροφα, εξετάστε το ανακλώμενο φως για γραμμική πόλωση χρησιμοποιώντας ένα αφαιρούμενο polaroid (σε αυτήν την περίπτωση, το μάτι, το κέντρο του τραπεζιού και η εικόνα της σχισμής πρέπει να βρίσκονται στην ίδια γραμμή! ). Φτάνοντας σε κάποια οριακή γωνίαΤο X ανακλώμενο φως θα σβήσει σχεδόν εντελώς από το polaroid. Καταγράψτε αυτήν την τιμή γωνίας. Αφού αφαιρέσετε τη γυάλινη πλάκα από το περιστρεφόμενο τραπέζι, προσδιορίστε τον δείκτη διάθλασής της n. Μετά από αυτό, πρέπει να συγκρίνετε με τον δείκτη διάθλασης n και να βγάλετε συμπεράσματα.

ερωτήσεις δοκιμής

Τι είδους φως ονομάζεται πολωμένο;

Να αντλήσετε και να εξηγήσετε το νόμο του Malus.

Τι είναι το φαινόμενο της διπλής διάθλασης;

Εγγραφές σε μισό κύμα και τέταρτο κύμα.

Η αρχή λειτουργίας του πρίσματος Nicol.

Παρεμβολή γραμμικά πολωμένων δεσμών.

Λάβετε και αναλύστε τύπους Fresnel.

Πώς παρατηρήσατε εσωτερικό άγχοςσε τάση και συμπίεση στερεά? Πώς εκδηλώθηκε;

Τι είναι το φαινόμενο της διπλής διάθλασης, σε ποιες ουσίες υπάρχει, όπως παρατηρήσατε διπλή διάθλασηστη δουλειά?

Τι παρατηρήσατε όταν περιστρέψατε ένα δείγμα με πολυεπίπεδους κύκλους μεμβράνης ενισχυμένους μεταξύ των polaroid; Εξηγήστε τις παρατηρήσεις σας.

Σκοπός:μελέτη του φαινομένου της περίθλασης και προσδιορισμός του μήκους κύματος του φωτός.

Θεωρητική αναφορά.

Περίθλαση κύματος είναι το φαινόμενο της παραμόρφωσης του μετώπου κύματος κατά τη διάδοση των κυμάτων σε ένα έντονα ανομοιογενές μέσο. Ειδικότερα, περίθλαση είναι τόσο η είσοδος κυμάτων στην περιοχή μιας γεωμετρικής σκιάς, όσο και η στρογγυλοποίηση εμποδίων και η διασπορά των κυμάτων από άτομα κρυσταλλικού πλέγματος, και ολόκληρη γραμμήάλλα φαινόμενα. Κατά τη διάρκεια της περίθλασης, συμβαίνει απαραίτητα μια υπέρθεση διάσπαρτων κυμάτων και, κατά κανόνα, μια ανακατανομή της ενέργειας των κυμάτων στο χώρο, δηλ. η περίθλαση είναι αδιαχώριστη από την παρεμβολή.

Το σχέδιο περίθλασης μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας Αρχή Huygens-Fresnel:κάθε σημείο του μετώπου κύματος είναι μια πηγή δευτερευόντων κυμάτων, το περίβλημα των οποίων δίνει τη θέση του μετώπου κύματος σε οποιαδήποτε επόμενη χρονική στιγμή, και η προκύπτουσα ταλάντωση σε οποιοδήποτε σημείο μπροστά από το μέτωπο κύματος είναι μια υπέρθεση των ταλαντώσεων που προέρχονται από όλα τα σημεία του μετώπου κύματος.

Για παράδειγμα, κατά τη διάρκεια της περίθλασης ενός επίπεδου κύματος από μια σχισμή (Εικ. 1), το κύμα διασκορπίζεται με διαφορετική ένταση προς όλες τις κατευθύνσεις. ο φακός συλλέγει παράλληλα δευτερεύοντα κύματα σε ένα σημείο της οθόνης που βρίσκεται στο εστιακό επίπεδο του φακού, όπου παρεμβάλλονται. Χρησιμοποιώντας τη μέθοδο των ζωνών Fresnel, μπορεί να φανεί ότι σε κατευθύνσεις που ικανοποιούν την κατάσταση
(1)

όπου m = 1, 2, 3,...., η ένταση του φωτός θα είναι ελάχιστη.

Εάν η σχισμή δεν είναι μία, αλλά N, τότε σε κάθε σχισμή το κύμα περιθλά με παρόμοιο τρόπο και το σχέδιο περίθλασης είναι το αποτέλεσμα της παρεμβολής N συνεκτικών δεσμών.

Αφήνω αεροπλάνο κύμακανονικά πέφτει σε μια οθόνη στην οποία κόβονται Ν παράλληλες εγκοπές πλάτους a η καθεμία. Απόσταση μεταξύ κουλοχέρηδων σι. αξία
ονομάζεται περίοδος της δομής.

Όπως φαίνεται από το Σχ. 2, η διαφορά διαδρομής μεταξύ δύο γειτονικών δοκών
(2)

όπου  είναι η γωνία περίθλασης. Σε εκείνα τα σημεία της οθόνης όπου όλες οι δέσμες Ν φτάνουν στην ίδια φάση, θα ενισχύονται αμοιβαία και σε αυτά τα σημεία θα παρατηρούνται τα λεγόμενα μέγιστα κύριας φωτισμού. Επομένως, τα κύρια μέγιστα θα αντιστοιχούν σε τέτοιες γωνίες περίθλασης για τις οποίες η διαφορά διαδρομής είναι ίση με έναν ακέραιο αριθμό μηκών κύματος, δηλ.

, (3)

όπου Μ = 0, 1, 2, 3,....

Το πλάτος των ταλαντώσεων στα κύρια μέγιστα θα είναι N φορές και η ένταση (φωτισμός) N 2 φορές μεγαλύτερη από μια σχισμή.

Τα μικρά δευτερεύοντα μέγιστα που απεικονίζονται στο Σχ. 2 έχουν ένταση περισσότερο από 20 φορές μικρότερη από τα κύρια και επομένως δεν παρουσιάζουν κανένα ενδιαφέρον. Θα πρέπει να θυμόμαστε ότι στις κατευθύνσεις που καθορίζονται από τον τύπο (1), ούτε μία σχισμή δεν στέλνει δέσμη φωτός και, κατά συνέπεια, το σύστημα σχισμών επίσης. Αλλά εκτός από αυτά τα ελάχιστα περίθλασης, θα υπάρχουν και πολλά άλλα, χωρισμένα με πλευρικά μέγιστα, αλλά δεν έχουν επίσης σημαντική τιμή. Στο N>100, το σχέδιο περίθλασης στην πραγματικότητα αποτελείται από στενές φωτεινές ζώνες - τα κύρια μέγιστα, που χωρίζονται από σκοτεινά κενά. Κατανομή έντασης μονοχρωματικού φωτός όταν φωτίζει ένα σύστημα από ένας μεγάλος αριθμόςΟι υποδοχές φαίνονται ποιοτικά στο Σχ.3.

Φασματικό όργανο που αποτελείται από γυαλί ή μεταλλικό πιάτομε πινελιές που εφαρμόζονται σε αυτό και ενεργώντας σύμφωνα με την αρχή που περιγράφηκε παραπάνω, ονομάζεται κιγκλίδωμα.

Ο τύπος (3) ονομάζεται τύπος πλέγματος περίθλασης. Όταν η σχάρα φωτίζεται με λευκό ή οποιοδήποτε άλλο μη μονόχρωμο φως, αποσυντίθεται σε ένα φάσμα, αφού κάθε μήκος κύματος  αντιστοιχεί σε μια ορισμένη θέση των μεγίστων στην οθόνη. Για παράδειγμα, το σχέδιο περίθλασης που παρατηρείται όταν το πλέγμα φωτίζεται με λευκό φως έχει τη μορφή που φαίνεται στο Σχ. 4.

Οι καλύτερες σύγχρονες σχάρες έχουν 1200 γραμμές ανά χιλιοστό, δηλ.
μm, σε συνολικός αριθμόςυποδοχές (εγκεφαλικά) N=200000. Το μήκος μιας τέτοιας σχάρας είναι 20 cm και το μήκος του ορατού φάσματος είναι περίπου 70 cm και παρατηρείται μόνο η πρώτη σειρά.

Τα πλέγματα περίθλασης χρησιμοποιούνται για τη μελέτη φασμάτων.

Σχέδιο εγκατάστασης

Στο
Η διάταξη για την παρατήρηση του σχεδίου περίθλασης αποτελείται από μια ξύλινη ράγα πάνω στην οποία είναι τοποθετημένη η σχάρα περίθλασης DR. Η ασπίδα Shch κινείται κατά μήκος της ράγας με στενό χάσμακαι χάρακα με κλίμακα χιλιοστού. Το ρόλο του φακού εκτελεί ο φακός του ματιού XP. Η εικόνα της σχισμής σχηματίζεται στον αμφιβληστροειδή χιτώνα του ματιού SG και παρατηρείται με φόντο μια κλίμακα χιλιοστού. Οι διαστάσεις του βολβού του ματιού και η απόσταση από τα μάτια μέχρι τη σχάρα μπορούν να παραβλεφθούν σε σύγκριση με την απόσταση από τη σχισμή έως το πλέγμα L. Η σχισμή φωτίζεται από έναν ηλεκτρικό λαμπτήρα L. Αν κοιτάξετε τη σχισμή που φωτίζεται από το φως μέσω ένα πλέγμα περίθλασης, τότε εκτός από την κεντρική εικόνα C της σχισμής σε λευκό φως και στις δύο πλευρές είναι ορατές οι συμμετρικές ιριδίζουσες εικόνες ακτίνων Χ (φάσματα). Η γωνία περίθλασης καθορίζεται από τη θέση μέγιστο περίθλασηςσε κλίμακα χιλιοστού.

Είναι σαφές από τις γεωμετρικές κατασκευές ότι
, όπου μεγάλο – απόσταση από την κεντρική εικόνα της σχισμής (m = 0) σε μία από τις πλευρικές εικόνες. L είναι η απόσταση από το πλέγμα μέχρι την υποδοχή. Δεδομένου ότι
για μικρές γωνίες περίθλασης, λαμβάνουμε

(4)

Χρησιμοποιώντας τους τύπους (3) και (4), λαμβάνουμε μια έκφραση για τον υπολογισμό του μήκους κύματος λ, στην οποία όλες οι ποσότητες μετρώνται εύκολα στη διάταξη:
(5)

Εντολή εργασίας

1. Συνδέστε τη μονάδα στο δίκτυο.

2. Φέρνοντας το μάτι πιο κοντά στο πλέγμα περίθλασης, στρέψτε τη συσκευή προς την πηγή φωτός έτσι ώστε τα φάσματα περίθλασης της 1ης και 2ης τάξης να είναι ορατά και στις δύο πλευρές της σχισμής της θωράκισης.

3. Μετρήστε την απόσταση L - από τη θωράκιση έως το πλέγμα περίθλασης.

4. Μετρήστε την απόσταση μεγάλο– από το μέσο του κεντρικού μέγιστου έως το μέσο του μέγιστου της πρώτης τάξης μπλε χρώματος.

5. Με τον τύπο (5), υπολογίστε το μπλε μήκος κύματος.

6. Κάντε το πείραμα για τη δεύτερη τάξη του μπλε. Καταγράψτε τα δεδομένα που ελήφθησαν στον πίνακα.

7. Πραγματοποιήστε παρόμοιες μετρήσεις για τα κίτρινα, πράσινα και κόκκινα χρώματα σύμφωνα με τις οδηγίες του δασκάλου.

8. Υπολογίστε την απόκλιση από το μέσο όρο
και βάλτε το στον πίνακα.

		lcΜ		<>, nm

Ερωτήσεις τεστ.

1. Τι είναι η περίθλαση; Σε ποια συγκεκριμένα φαινόμενα εκδηλώνεται;

2. Πώς διατυπώνεται η αρχή Huygens-Fresnel;

3. Ποια είναι τα μεγάλα υψηλά; Πώς προκύπτουν;

4. Τι είναι τα ελάχιστα περίθλασης; Ποια είναι η φύση τους;

5. Τι συμβαίνει με το σχέδιο περίθλασης καθώς αυξάνεται ο αριθμός των σχισμών N; (Εξηγήστε γραφικά).

6. Τι είναι το πλέγμα περίθλασης; Πώς φτιάχνεται;

7. πώς να γράψετε και να εξηγήσετε τον τύπο των κύριων μεγίστων (τύπος πλέγματος περίθλασης);

8. Ποια εικόνα παρατηρείται στην οθόνη όταν η σχάρα φωτίζεται με λευκό φως, το φως μιας λάμπας υδραργύρου;

9. Από ποια τάξη m επικαλύπτονται τα φάσματα περίθλασης του ορατού φωτός;

10. Ποιος είναι ο ρόλος του φακού του τηλεσκοπίου στο σχηματισμό ενός σχεδίου περίθλασης; Μπορεί να αντικατασταθεί ο φακός με μάτι;

11. Σε ποια απόσταση από τον φακό του τηλεσκοπίου πρέπει να εγκατασταθεί μια οθόνη για την παρατήρηση του σχεδίου περίθλασης;

12. Ποια είναι η εφαρμογή της περίθλασης στην επιστήμη και την τεχνολογία;

13. Εξηγήστε την εμφάνιση μιας λευκής ταινίας στο κέντρο του σχεδίου περίθλασης όταν φωτίζεται με λευκό φως.

14. Ποια είναι η σειρά των χρωμάτων στα φάσματα περίθλασης;

Βιβλιογραφία.

1. Saveliev I.V. μάθημα φυσικής. Τ.2 - Μ., Nauka, 1989. Παρ. 90,91,93,94.

2. Butikov E.I. Οπτική. - Μ.5 Ανώτατο Σχολείο, 1986. Παρ. 6.1, 6.3, 6.5.

Εργαστήριο #33