Phổ nhiễu xạ. Xác định bước sóng ánh sáng bằng cách tử nhiễu xạ

Số lượng phổ nhiễu xạ là có hạn và được xác định bởi điều kiện

sinΘ =m/d1. (4)

Từ (4) suy ra rằng hằng số mạng càng lớn thì số cực đại có thể quan sát được càng nhiều, nhưng cực đại trở nên kém sáng hơn trong trường hợp này.

Mô tả thiết lập thí nghiệm

Công việc sử dụng một cách tử phổ biến trong thực hành phòng thí nghiệm, đó là một tấm kính, trên đó một số nét song song được áp dụng bằng máy cắt kim cương đặc biệt sử dụng máy chia.

Để đo góc lệch, một máy đo góc được sử dụng, sơ đồ được thể hiện trong Hình 3.

Máy đo góc bao gồm một kính viễn vọng T, một ống chuẩn trực K, một bảng C, một nhánh E, một nonius H. Ống chuẩn trực dùng để tạo ra một chùm ánh sáng song song. Nó bao gồm một ống bên ngoài có thấu kính O và một ống bên trong có khe vào W được lắp trong tiêu diện của thấu kính. Một sóng ánh sáng phẳng (chùm ánh sáng song song) ló ra khỏi ống chuẩn trực và rơi trên một cách tử nhiễu xạ. Các chùm ánh sáng được thấu kính thiên văn thu lại và tạo thành ảnh thực của khe chuẩn trực trong mặt phẳng tiêu. Trong trường nhìn của thị kính, có thể nhìn thấy đồng thời giao điểm của các dây tóc và hình ảnh thực của khe (cực đại nhiễu xạ). Bằng cách di chuyển kính viễn vọng, người ta có thể sắp xếp các dây tóc chéo với bất kỳ cực đại nhiễu xạ nào. Nguồn bức xạ được điều tra là đèn neon.

Hoàn thành công việc

Khi làm việc với cách tử nhiễu xạ, nhiệm vụ chính là đo chính xác các góc quan sát được các cực đại đối với các bước sóng khác nhau.

Bắt đầu, cần phải điều chỉnh máy đo điện áp. Đối với điều này, bạn cần:

1. Đặt kính viễn vọng ở vô cực, tức là nhìn rõ các vật ở xa;

2. Đặt nguồn sáng (đèn neon) vào khe chuẩn trực;

3. Lắp đặt kính thiên văn sao cho trục quang của nó là phần tiếp theo của trục chuẩn trực. Điều này sẽ đạt được khi đường thẳng đứng của thị kính của ống nằm ở giữa hình ảnh khe;

4. Đặt cách tử lên bàn sao cho dây tóc thị kính nằm giữa dải sáng trung tâm (quang phổ bậc 0). Để thu được quang phổ tốt, cách tử phải được đặt vuông góc với chùm tia sáng sao cho các nét của nó chạy song song với khe chuẩn trực.

Có thể sử dụng cách tử nhiễu xạ với chu kỳ đã biết để đo bước sóng. Khi thực hiện công việc, cách tử đứng yên và kính thiên văn quay sao cho hình ảnh của vạch quang phổ đang nghiên cứu trùng với dây tóc của thị kính.

Bước sóng được xác định từ công thức cách tử
. Ở đây d=0,01mm; m là bậc của quang phổ hay số cực đại. Phương trình này là công thức tính toán cơ bản để tính toán độ dài của sóng ánh sáng bằng cách sử dụng cách tử nhiễu xạ.

Phép đo bước sóng được giảm xuống để xác định góc lệch tia so với phương ban đầu. Công việc tiếp theo được thực hiện theo thứ tự sau.

1. Đọc vị trí của vạch 0 n 0. Để làm điều này, ren của thị kính phải được căn chỉnh với phần giữa của phổ bậc 0 (dải sáng trung tâm) và sử dụng mặt số tròn và thước cặp, xác định giá trị của n 0 .

2. Tương tự, đọc các vạch màu đỏ, vàng và xanh lục của quang phổ bậc 1 và bậc 2, mỗi lần căn chỉnh sợi thị kính với vạch tương ứng. Các phép đo nên được thực hiện theo thứ tự như trong Hình 4.

3. Ghi kết quả đo vào bảng 1.

4. Nếu tất cả các số đọc ở bên phải được biểu thị bằng , và ở bên trái - , thì góc của cùng một đường thẳng có thể được tính theo ba cách (các công thức được đưa ra bên dưới):

Ví dụ, đối với dòng màu xanh lá cây, tôi đặt hàng n 1 \u003d n 1 và n’ 1 \u003d n 2, đối với dòng màu vàng, tôi đặt hàng n 1 \u003d n 3, n 1 \u003d n 4, v.v. (xem bảng 1).

5. Biết góc, xác định bước sóng cho mỗi vạch của quang phổ.

Bảng 1.

số dòng bằng cách vẽ	đọc trên biên phải	đếm ngược bên trái

KIỂM SOÁT CÂU HỎI

1. Sóng gì gọi là sóng kết hợp?

2. Thế nào là hiện tượng nhiễu xạ?

3. Lập công thức nguyên lý Huygens-Fresnel.

4. Loại nhiễu xạ nào được quan sát thấy trong tác phẩm?

5. Vạch màu nào trong quang phổ từ bậc 1 trở lên sẽ gần cực đại trung tâm nhất?

6. Các vân nhiễu xạ thu được từ các cách tử có hằng số khác nhau nhưng có cùng số vạch sẽ khác nhau như thế nào?

7. Hình ảnh nhiễu xạ sẽ thay đổi như thế nào nếu một phần của cách tử được đóng lại như trong hình vẽ?

8. Thứ tự các màu trong quang phổ nhiễu xạ là gì?

9. Điểm tối đa bằng 0 có màu gì? Tại sao cô ấy lại như thế này?

10. Hình ảnh nhiễu xạ sẽ thay đổi như thế nào nếu thay đổi độ rộng khe mà không thay đổi hằng số cách tử?

VĂN HỌC

1. Sivukhin D.V. Khoá học chung vật lý. T.3. quang học. M.: Nauka, 1985.- 752p.

2. Khóa học Savelyev I. V. vật lý đại cương. T.2. điện và từ tính. Sóng. quang học. M.: Nauka, 1988.-496 tr.

3. Feynman R., Layton R., Sands M. Feyman Các bài giảng về Vật lý. T.3-4. Sự bức xạ. Sóng. lượng tử. M.: Mir, 1977.- 496 tr.

4. Landsberg G. S. Quang học. M.: Nauka, 1976.- 823 tr.

5. Kaliteevsky N. I. sóng quang học. M.: trường đại học, 1978.- 321s.

Công trình thí nghiệm số 4 NGHIÊN CỨU ĐỊNH LUẬT MALYUS

Mục đích của công việc: xác minh thực nghiệm của luật Malus.

Thiết bị và phụ kiện: nguồn sáng laser bán dẫn (GaAs), bộ tách sóng quang, điện kế, máy phân tích có đánh dấu góc được áp dụng cho nó (giá của một bộ phận là 1 o).

Phần lý thuyết của công việc

Theo quan điểm của lý thuyết điện từ, ánh sáng là sóng điện từ ngang, trong đó các vectơ của điện trường E và từ trường H dao động trong các mặt phẳng vuông góc với nhau. Một sóng điện từ (e/m) được gọi là phân cực tuyến tính hoặc phân cực phẳng nếu vectơ điện E luôn nằm trong cùng một mặt phẳng, trong đó pháp tuyến k đối với mặt sóng cũng nằm (Hình 1). Mặt phẳng chứa pháp tuyến k về phía trước và trong đó có vectơ điện E e/m của sóng, được gọi là mặt phẳng phân cực. Ánh sáng tự nhiên không bị phân cực, nó là tập hợp các sóng ánh sáng do nhiều nguyên tử riêng lẻ phát ra và các vectơ E và H dao động ngẫu nhiên theo mọi phương vuông góc với chùm tia. TRONG ánh sáng tự nhiên tất cả các hướng dao động của vectơ E có xác suất như nhau. Ánh sáng tự nhiên bao gồm ánh sáng ban ngày, ánh sáng sợi đốt, v.v.

Để thu được ánh sáng phân cực tuyến tính, các phân cực làm từ tinh thể tourmaline hoặc geropatite thường được sử dụng trong thực tế. Mỗi polaroid được đặc trưng bởi một trục quang , là một hướng ưu tiên. ý nghĩa vật lý hướng chuyên dụng đến trường hợp này là như sau. Cho ánh sáng chiếu vào một kính phân cực vuông góc với mặt phẳng chứa trục chính của nó. Vectơ điện E e / sóng m có thể được phân tách thành hai thành phần. Các thành phần này luôn có thể được chọn sao cho một trong số chúng, ví dụ, E y sẽ song song với trục quang học , và thành phần còn lại, hãy gọi nó là E x , vuông góc với . Nếu ánh sáng tự nhiên hướng tới Polaroid, thì chỉ những sóng e / m đó mới truyền qua Polaroid, các vectơ điện E trong đó có các thành phần E y (song song với trục quang của Polaroid). Trong trường hợp này, xảy ra sự phân cực của ánh sáng tự nhiên.

Cái đó. sự phân cực của ánh sáng với sự trợ giúp của các phân cực bao gồm việc tách các dao động theo một hướng nhất định khỏi chùm sáng. Nếu ánh sáng tự nhiên chiếu vào bản phân cực có cường độ I, thì cường độ I của ánh sáng phân cực truyền qua không phụ thuộc vào hướng của bản phân cực (sự quay của nó quanh chùm tia) và bằng một nửa cường độ của tia tới. ánh sáng tự nhiên:

Mắt người không thể phân biệt ánh sáng phân cực với ánh sáng tự nhiên. Một thiết bị có khả năng truyền thành phần của vectơ ánh sáng E chỉ dao động trong một mặt phẳng nhất định cũng có thể được sử dụng để phân tích ánh sáng phân cực; trong trường hợp này nó được gọi là máy phân tích. Nếu ánh sáng phân cực một phần chiếu vào máy phân tích, thì việc quay máy phân tích xung quanh chùm tia đi kèm với sự thay đổi cường độ của ánh sáng truyền từ cực đại (mặt phẳng của máy phân tích trùng với hướng yy) đến cực tiểu.

Nếu ánh sáng phân cực phẳng chiếu vào máy phân tích A (Hình 3), thì thành phần

, (1)

trong đó  là góc giữa mặt phẳng dao động của ánh sáng tới pp và mặt phẳng của máy phân tích aa. Vì cường độ ánh sáng tỷ lệ với E 2 nên tính đến (1), ta thu được:

Trong đó I là cường độ ánh sáng đi ra khỏi máy phân tích, I o là cường độ ánh sáng tới. Công thức (2) thể hiện định luật Malus. Khi quay máy phân tích xung quanh chùm tia, có thể tìm thấy một vị trí mà tại đó ánh sáng hoàn toàn không đi qua nó (cường độ I trở nên bằng không). Đây là một cách đáng tin cậy để đảm bảo rằng ánh sáng tới được phân cực hoàn toàn. Nếu ánh sáng tự nhiên có cường độ Ie lần lượt đi qua bản phân cực và bản phân tích thì chùm tia đi ra có cường độ.

Tại α=0 (các mặt phẳng của bản phân cực và bản phân tích song song), cường độ  là cực đại và bằng . Máy phân tích và phân cực "Crossed"
không có ánh sáng nào lọt qua cả.

Môn học >> Sinh thái học

Có thể được thực hiện bằng phép đo quang phổ, phép đo quang và phép đo màu. ĐẾN quang học phương pháp bao gồm turbodimetry và nephelometry - phân tích ..., 1990. -480s. Vasiliev V.P. hóa học phân tích. Lúc 2 giờ chiều Phần 2. vật lý – phương pháp hóa học phân tích: Proc. Vì...

quang học cáp và đặc điểm của chúng

Bài giảng >> Giao tiếp và truyền thông

Yêu cầu cơ bản chung đối với thuộc vật chất- đặc tính cơ học quang học cáp là: - cường độ cao... được phát triển và sản xuất một số lượng lớn các thiết kế quang học dây cáp. Phổ biến nhất có bốn...

vật lý- Phương pháp hóa học phân tích, phân loại và kỹ thuật cơ bản

Tóm tắt >> Hóa học

Phân loại và kỹ thuật cơ bản của họ vật lý-phương pháp phân tích hóa học (FHMA) ... . Vĩ đại nhất công dụng thực tế có quang học, phương pháp phân tích sắc ký và đo điện thế... các phần của quang phổ =10-3...10-8 m quang học các phương pháp (IR - quang phổ, ...

1. Đặt một cách tử nhiễu xạ có chu kỳ vào khung của thiết bị và cố định nó trên giá đỡ.

2. Bật nguồn sáng. Nhìn qua cách tử nhiễu xạ, thấy rõ trên cả hai mặt của tấm chắn trên nền đen quang phổ nhiễu xạ một số đơn đặt hàng. Nếu quang phổ bị nghiêng, hãy xoay cách tử theo một góc nào đó cho đến khi loại bỏ được độ lệch.

3. Đặt tỷ lệ cho khoảng cách r từ ghê tai.

4. Chèn bộ lọc ánh sáng vào khung, bắt đầu bằng màu đỏ và sử dụng tỷ lệ của tấm chắn nhìn qua lưới, xác định khoảng cách S từ khe đến các vạch quan sát bậc 1 và bậc 2. Ghi kết quả đo vào bảng 6.

5. Thực hiện bước 4 đối với các tia có màu khác, chèn các bộ lọc còn lại vào khung.

6. Thực hiện các bước. 4 - 5 ba lần di chuyển thang đo một khoảng cách r 10 - 15 cm.

7. Xác định độ dài sóng ánh sáng theo công thức (1) cho tất cả các màu của tia và điền vào bảng 6. Tính độ dài trung bình cộng của mỗi sóng ánh sáng.

Bảng 6. Bước sóng ánh sáng có màu khác nhau

r, mm

S, mm

l, nm

ĐẾN

VỀ

VÀ

VỚI

ĐẾN

VỀ

VÀ

VỚI

bước sóng trung bình

câu hỏi kiểm soát

1. Nguyên lý Huygens-Fresnel là gì?

2. Sóng gì gọi là sóng kết hợp?

3. Thế nào gọi là hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng? Hiện tượng này được giải thích như thế nào?

4. Thứ tự các màu trong quang phổ nhiễu xạ là gì? Màu của cực đại bằng 0 là gì?

5. Sự khác biệt giữa phổ nhiễu xạ được cho bởi các cách tử có cùng số khe nhưng khác hằng số và các cách tử có cùng hằng số nhưng khác số khe là gì?

6. Hoạt động của cách tử nhiễu xạ sẽ thay đổi như thế nào nếu đặt nó trong nước?

7. Làm thế nào để giải thích sự hình thành phổ nhiễu xạ từ một khe trên màn từ các tia đi qua khe? Điều gì quyết định sự phân bố cường độ ở giữa màn hình?

8. Cách tử nhiễu xạ một chiều. Sự hình thành vân nhiễu xạ trên màn được giải thích như thế nào? Tại những điểm nào cường độ cực đại được quan sát, tại cực tiểu nào và tại sao?

9. Sự khác nhau giữa các vân nhiễu xạ khi cách tử được chiếu sáng bằng ánh sáng đơn sắc và ánh sáng trắng? Làm thế nào để giải thích những hiện tượng này?

10. Giao thoa ánh sáng là gì? Hiện tượng này có tham gia vào sự hình thành phổ nhiễu xạ trên một khe hay cách tử không?

11. ánh sáng trắng là sự cố bình thường trên cách tử nhiễu xạ một chiều chứa 100 khe trên 1 mm. Cường độ ánh sáng phân bố trên màn hình như thế nào? Có bao nhiêu mức thấp bổ sung giữa hai mức cao chính trên màn hình? Các điều kiện để hình thành các mức cao chính và mức thấp chính là gì?

12. Ánh sáng trắng rơi bình thường trên một cách tử nhiễu xạ và trên một thấu kính mỏng có đường kính lớn hơn. Làm thế nào để giải thích các vân hình thành trên màn khi ánh sáng đi qua thấu kính và cách tử nhiễu xạ?

13. Bước sóng của ánh sáng khả kiến là gì? Chúng có bị phân tán không?

14. Điều gì quyết định độ rộng của các dải của phổ nhiễu xạ? Điều gì quan sát được trên màn nếu bề rộng khe lớn hơn nhiều so với bước sóng l? Hiện tượng này được giải thích như thế nào?

15. Cái gì gọi là tán sắc tuyến tính và góc của cách tử nhiễu xạ?

16. Thế nào gọi là khả năng phân giải của cách tử nhiễu xạ?

17. Cho một ví dụ về các vân nhiễu xạ thu được đối với hai vạch quang phổ sử dụng cách tử khác nhau về độ phân giải và phân tán tuyến tính.

Đọc thêm:

I. Nhiễu xạ Fraunhofer bởi một khe và xác định độ rộng của khe.
I. Quy trình điều dưỡng trong hẹp van hai lá: nguyên nhân, cơ chế rối loạn tuần hoàn, cận lâm sàng, chăm sóc bệnh nhân.
CHƯƠNG 7. Nhiễu xạ của sóng điện từ phẳng bởi một hình trụ dẫn lý tưởng
Chương 8
LƯỚI NHIỄU XẠ NHƯ MỘT DỤNG CỤ QUANG PHỔ. ĐỘ PHÂN GIẢI CỦA LƯỚI NHIỄU XỬ. NHIỄU SẮC BRAGG. NHIỄU GIÁC TRÊN NHIỀU Chướng ngại vật được đặt ngẫu nhiên

Công việc số 3. NHIỄU SẮC

Mục tiêu của công việc: học cách thu được các hình ảnh nhiễu xạ từ các vật thể khác nhau trong các tia phân kỳ, xác định bước sóng ánh sáng từ hình ảnh nhiễu xạ.

Những câu hỏi cần biết

cho phép làm việc:

1. Thế nào là hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng?

2. Nguyên lý Huygens-Fresnel.

3. Phương pháp vùng Fresnel.

4. Làm thế nào có thể xác định được số vùng Fresnel từ loại hình ảnh nhiễu xạ thu được từ một lỗ tròn?

5. Sự khác biệt giữa nhiễu xạ Fraunhofer và nhiễu xạ Fresnel là gì?

6. Nhiễu xạ của chùm tia phân kỳ và song song từ màn chắn tròn và lỗ tròn.

7. Thứ tự các màu trong quang phổ nhiễu xạ là gì? Màu của cực đại bằng 0 là gì?

8. Cái gì được gọi là tấm khu vực?

GIỚI THIỆU

Nhiễu xạ là hiện tượng chùm sáng bị lệch khỏi lan truyền thẳng hoặc ánh sáng bao quanh các vật thể mờ đục. Sau khi nhiễu xạ, lệch khỏi sự truyền thẳng, các tia có thể gặp nhau và chồng lên nhau, và do thực tế là chúng thu được từ cùng một sóng, nên chúng kết hợp với nhau (xem bài về giao thoa ánh sáng) và do đó, tạo thành một vân giao thoa (xen kẽ cực đại và cực tiểu phát xạ). Mẫu như vậy được gọi là "mẫu nhiễu xạ". Để phân tích một bức tranh như vậy, cần phải biết biên độ và pha của sóng xảy ra.

Xét nhiễu xạ trong chùm tia phân kỳ (nhiễu xạ Fresnel) và nhiễu xạ trong chùm tia song song (nhiễu xạ Fraunhofer).

Nhiễu xạ trong các tia phân kỳ từ một lỗ tròn (nhiễu xạ Fresnel)

Biên độ của các dao động đã đến một điểm MỘT trên các phần khác nhau của bề mặt sóng (Hình 1), phụ thuộc vào khoảng cách ( b) của các đoạn này cho đến điểm MỘT, độ lớn và góc của chúng Một giữa bình thường đến

sóng phía trước và hướng tới điểm MỘT. Khi tìm biên độ dao động kết quả từ tất cả các phần, cũng cần tính đến thực tế là các pha của các dao động riêng lẻ có thể không trùng nhau, vì đường đi của chúng đến điểm MỘT. Tìm biên độ dao động của trường hợp chungđủ nhiệm vụ khó khăn. Fresnel đã đề xuất một phương pháp đơn giản, ứng dụng của nó cho một mẫu nhiễu xạ chính xác về mặt chất lượng trong một số trường hợp đơn giản nhất.

Với sự khác biệt về đường đi của sóng ( - bước sóng), các dao động xảy ra ngược pha và triệt tiêu lẫn nhau. Fresnel đề xuất chia mặt sóng thành các vùng, điểm cực trị tạo ra các dao động ngược pha, vùng này là một phần của bề mặt hình cầu trên mặt sóng.

Vùng Fresnel được xây dựng như sau. Vùng trung tâm (Hình 1) bao gồm tất cả các điểm, độ lệch pha của các dao động mà từ đó tại điểm MỘT không vượt quá P(có khoảng cách đến điểm MỘT không còn nữa b 1 = , ở đâu b – khoảng cách ngắn nhất từ mặt sóng đến điểm MỘT). Vùng thứ hai liền kề (có chênh lệch đường đi ) là vùng hình khuyên trên mặt cầu được bao quanh giữa các điểm mà một mặt và , Mặt khác. Hiển nhiên là vùng sau cũng sẽ là điểm hình khuyên giới hạn ở bên ngoài, trong đó , trong đó k- số vùng. Có thể chỉ ra rằng diện tích của tất cả các vùng xấp xỉ bằng nhau và bán kính k-khu thứ bằng

. (1)

Tính toán biên độ dao động thu được từ tất cả các vùng Fresnel tại một điểm MỘT thuận tiện để sản xuất sơ đồ véc tơ. Để làm điều này, chúng tôi chia từng vùng Fresnel thành con số lớn băng con đồng tâm cùng khu vực. Sau đó, biên độ dao động của toàn bộ băng con có thể được biểu diễn dưới dạng tổng các vectơ cơ bản có độ lệch pha nhỏ giữa chúng, tức là, một phép quay bởi dj, và các vectơ cơ bản cực trị sẽ lệch pha một góc P, tức là hướng đến cạnh đối diện. Tất cả các vectơ cơ bản của vùng cùng nhau tạo thành một hình bán nguyệt và biên độ dao động thu được e Có thể tìm thấy 1 từ một vùng bằng cách tính tổng tất cả các vectơ, tức là nó tạo thành một vectơ nối điểm đầu và điểm cuối của chuỗi vectơ cơ bản (Hình 2a).

Tương tự, bạn có thể tạo một cấu trúc, bao gồm cả vùng thứ hai (Hình 2b). vectơ kết quả e 2 chống lại e 1 trở lên giá trị tuyệt đối Hơi ít e 1 . Trường hợp thứ hai là do mặc dù diện tích của các vùng là như nhau, nhưng vùng thứ hai hơi nghiêng so với người quan sát tại điểm MỘT. Tuy nhiên biên độ dao động tổng hợp e 1 + e 2 là nhỏ (Hình 2b).

Về mặt đồ thị, biên độ dao động có thể được tính bằng cách thay thế các chuỗi vectơ bằng các phần tương ứng của vòng tròn. Hình 2 (c và d) cho thấy các cấu trúc như vậy đối với ba và hơn các vùng của mặt sóng hình cầu. So sánh các trường hợp a và d, chúng tôi lưu ý rằng biên độ dao động từ vùng Fresnel thứ nhất là hai lần (và cường độ ánh sáng TÔI gấp 4 lần TÔI » MỘT 2) lớn hơn biên độ tương ứng từ vô số vùng.

Hãy có một nguồn điểm S và tấm mờ m với một lỗ tròn (Hình 3a). Yêu cầu xác định độ rọi tại một điểm MỘT, nằm trên đường thẳng đi từ nguồn S qua tâm lỗ. Rõ ràng, cái lỗ sẽ chỉ cho một phần của sóng hình cầu đi qua. Chiếu sáng tại một điểm MỘT sẽ được xác định bởi tác động của chỉ phần này của mặt trước, tức là chỉ bởi các vùng Fresnel mở, số lượng vùng này phụ thuộc vào đường kính của lỗ, bước sóng và hình dạng của thí nghiệm.

Nếu số vùng mở ĐẾN là chẵn, thì phép tính cường độ bằng đồ thị (Hình 2b) dẫn đến cường độ cực kỳ nhỏ, nghĩa là tại điểm MỘT sẽ có bóng tối, và với một kỳ lạ ĐẾN(Hình 2, a, c) tại điểm MỘT sẽ có độ sáng tối đa.

Rõ ràng, nó phải đối xứng với điểm MỘT(vì tại các điểm cách tâm một khoảng bằng nhau thì điều kiện nhiễu xạ như nhau). Trong trường hợp này, nếu chúng ta quan sát một điểm sáng tại một điểm trên trục, thì xung quanh nó, chúng ta sẽ tìm thấy một vòng tối, xung quanh đó chúng ta sẽ nhận thấy một vòng sáng, tức là hình ảnh nhiễu xạ là các vòng sáng và tối xen kẽ (các vòng tròn ) (Hình 3, b) .

Góc Mộtđặc trưng cho hướng của một số cực đại nhiễu xạ được gọi là góc nhiễu xạ (Hình 3a). Có thể (mặc dù không dễ) chỉ ra rằng hướng của vòng đầu tiên được đặc trưng bởi một góc (chính xác hơn là 1,22 ), trong đó đ- đường kính lỗ.

1 | | |

1. Nguyên lý Huygens-Fresnel là gì?

2. Sóng gì gọi là sóng kết hợp?

3. Thế nào gọi là hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng? Hiện tượng này được giải thích như thế nào?

4. Thứ tự các màu trong quang phổ nhiễu xạ là gì? Màu của cực đại bằng 0 là gì?

5. Sự khác biệt giữa phổ nhiễu xạ được cho bởi các cách tử có cùng số khe nhưng khác hằng số và các cách tử có cùng hằng số nhưng khác số khe là gì?

6. Hoạt động của cách tử nhiễu xạ sẽ thay đổi như thế nào nếu đặt nó trong nước?

10. Giao thoa ánh sáng là gì? Hiện tượng này có tham gia vào sự hình thành phổ nhiễu xạ trên một khe hay cách tử không?

11. Ánh sáng trắng rơi bình thường trên cách tử nhiễu xạ một chiều có 100 khe trên 1 mm. Cường độ ánh sáng phân bố trên màn hình như thế nào? Có bao nhiêu mức thấp bổ sung giữa hai mức cao chính trên màn hình? Các điều kiện để hình thành các mức cao chính và mức thấp chính là gì?

13. Bước sóng của ánh sáng khả kiến là gì? Chúng có bị phân tán không?

15. Cái gì gọi là tán sắc tuyến tính và góc của cách tử nhiễu xạ?

16. Thế nào gọi là khả năng phân giải của cách tử nhiễu xạ?

17. Cho một ví dụ về các vân nhiễu xạ thu được đối với hai vạch quang phổ sử dụng các cách tử khác nhau về độ phân giải và tán sắc tuyến tính.

Phòng thí nghiệm số 4

Nghiên cứu đặc tính dòng điện-điện áp của tế bào quang điện

4.1. Mục đích và mục tiêu của công việc

Mục tiêu của công việc:

– Cho học sinh làm quen với việc nghiên cứu các định luật về hiện tượng quang điện ngoài.

Nhiệm vụ công việc:

– Nghiên cứu đặc tính dòng – điện áp của tế bào quang điện.

– Xác định sai số phép đo.

4.2. phần lý thuyết

4.2.1. hiệu ứng quang điện

Một số lượng lớn các thiết bị phòng thí nghiệm và công nghiệp hiện đại để đo lường, kiểm soát và điều chỉnh các hoạt động vật lý và quy trình công nghệ dựa trên việc sử dụng các yếu tố nhạy cảm với ánh sáng - tế bào quang điện.

Các tế bào quang điện được sử dụng hiện tượng điện phát sinh trong kim loại và chất bán dẫn dưới tác dụng của ánh sáng tới bề mặt của chúng. Những hiện tượng này được gọi là hiệu ứng quang điện và bao gồm thực tế là các electron bên trong dây dẫn nhận thêm năng lượng từ dòng ánh sáng.

Ba loại hiệu ứng quang điện hiện được biết đến:

1. Hiệu ứng quang điện ngoài là hiện tượng quang điện tử phát ra từ bề mặt kim loại.

2. Hiệu ứng quang điện bên trong, bao gồm sự thay đổi điện trở một số chất bán dẫn khi tiếp xúc với ánh sáng.

3. Hiệu ứng quang điện ở van, làm xuất hiện hiệu điện thế giữa các lớp của hai chất với bản chất khác nhauđộ dẫn nhiệt.

Theo ba loại hiệu ứng quang điện được đặt tên, ba loại tế bào quang điện được phân biệt: tế bào quang điện có hiệu ứng quang điện bên ngoài, tế bào quang điện có hiệu ứng quang điện bên trong và tế bào quang điện van.

Năm 1890, ba định luật cho hiệu ứng quang điện ngoài đã được xây dựng:

1. Ở một tần số cố định của ánh sáng tới, số lượng quang điện tử do catốt quang phát ra trong một đơn vị thời gian tỷ lệ thuận với cường độ ánh sáng (cường độ của dòng quang bão hòa tỷ lệ thuận với năng lượng chiếu sáng của catốt).

2. Tối đa tốc độ bắt đầu(ban đầu tối đa động năng) của quang điện tử không phụ thuộc vào cường độ ánh sáng tới mà chỉ do tần số n của nó quyết định.

3. Đối với mỗi chất đều có một viền màu đỏ của hiệu ứng quang điện (tuỳ theo Tính chất hóa học chất và trạng thái bề mặt của nó) - tần số ánh sáng tối thiểu mà dưới tần số đó không thể xảy ra hiệu ứng quang điện.

Để giải thích cơ chế của hiệu ứng quang điện, Einstein cho rằng ánh sáng có tần số n không chỉ được phát ra bởi các lượng tử riêng lẻ (theo giả thuyết của Planck), mà còn lan truyền trong không gian và được vật chất hấp thụ theo từng phần riêng lẻ (lượng tử), năng lượng của nó là .

lượng tử bức xạ điện từ di chuyển với tốc độ ánh sáng Với trong chân không gọi là photon.

Năng lượng của photon tới được dùng cho công thoát ra khỏi kim loại của electron và truyền động năng cho electron phát ra.

Phương trình của Einstein cho hiệu ứng quang điện ngoài:

Phương trình này giải thích sự phụ thuộc của động năng của các quang điện tử vào tần số của ánh sáng tới. Tần số giới hạn (hoặc bước sóng), tại đó động năng của các quang điện tử trở nên bằng 0, là đường viền màu đỏ của hiệu ứng quang điện.

Có một dạng khác để viết phương trình Einstein cho hiệu ứng quang điện:

4.2.2. Tế bào quang điện có hiệu ứng quang điện ngoài

Một tế bào quang điện có hiệu ứng quang điện bên ngoài là một điốt trong đó sự phát xạ điện tử từ cực âm xảy ra dưới tác động của một luồng ánh sáng tới nó.

Thiết bị tế bào quang điện được hiển thị trong hình. 10. Hai điện cực được đặt trong hộp thủy tinh kín - cực âm 1 và cực dương 2. Cực âm quang được tạo ra bằng cách phủ một vật liệu cảm quang lên bề mặt bên trong bầu thủy tinh của tế bào quang điện sao cho lớp cảm quang hướng vào bên trong bầu. Caesium là vật liệu cảm quang được sử dụng phổ biến nhất. Cực dương của tế bào quang điện được chế tạo dưới dạng một vòng nhỏ (hoặc lưới), được gắn trên một chân trong đế. Với hình dạng này, cực dương không ngăn được các tia sáng chiếu tới cực âm.

Các tế bào quang điện có hiệu ứng quang điện bên ngoài được sản xuất theo hai loại: chân không và chứa đầy khí. Trong tế bào quang điện chân không, không khí được bơm ra chân không sâu. Đối với bình chứa đầy khí - sau khi bơm hết không khí, bình được đổ đầy khí trơ (argon, heli) đến áp suất khoảng 0,01 - 1 mm. r.t. Nghệ thuật.

Để nghiên cứu sự phụ thuộc của dòng quang điện vào độ chiếu sáng và điện áp trên các điện cực, mạch điện như hình. 11. Tế bào quang điện được trình bày ở dạng thuận tiện cho việc trình bày. Sự chiếu sáng của cực âm được thay đổi bằng cách thay đổi khoảng cách giữa và tế bào quang điện. Với sự gia tăng khoảng cách của nguồn sáng, độ chiếu sáng thay đổi theo quy luật:

Ở đâu J- cường độ ánh sáng của nguồn, r là khoảng cách giữa nguồn sáng và tế bào quang điện.

Khi đến gần nguồn, độ rọi tăng theo quy luật:

nơi nào cho những nghĩa khác nhau chiếu sáng đa dạng e, 2e, 3e,… khoảng cách giữa nguồn sáng và tế bào quang điện sẽ bằng ….

Cơm. 11. Sơ đồ lắp đặt

4.3. Dụng cụ vàphụ kiện:

– Thiết bị thí nghiệm – 1 chiếc.

– Dây điện – 2 chiếc.

– Bộ nguồn – 1 chiếc.

4.4. Trình tự công việc

1. Kết nối nguồn điện với thiết bị. Bật nguồn điện, dụng cụ và tế bào quang điện bằng các công tắc.

2. Đặt nguồn sáng ở khoảng cách xa r từ tế bào quang điện.

3. Đo cường độ của dòng quang điện bằng cách thay đổi điện áp từ 0 V đến 7 V trong các khoảng thời gian 1 V.

4. Lặp lại bước 3 để có khoảng cách từ nguồn sáng đến tế bào quang điện bằng nhau, https://pandia.ru/text/78/242/images/image069_4.gif" width="17" height="53 src="> .Kết quả nhập số đo ở bảng 7 .

5. Dựa vào dữ liệu số trong bảng, hãy dựng trên một đồ thị sự phụ thuộc của dòng quang điện vào hiệu điện thế ở các mức độ chiếu sáng khác nhau.

Bảng 7. Đặc tính vôn-ampe của tế bào quang điện


		TÔI, bạn

4.5. câu hỏi kiểm soát

1. Tế bào quang điện có hiệu ứng quang điện ngoài hoạt động như thế nào?

2. Viết định luật về hiện tượng quang điện.

3. Dòng điện bão hòa của tế bào quang điện được gọi là gì?

4. Hiện tượng quang điện được quan sát thấy ở tần số nào của ánh sáng tới? Đường viền màu đỏ của hiệu ứng quang điện là gì?

5. Tại sao ở cùng một điện áp tại các tiếp điểm của tế bào quang điện, cường độ quang điện tăng cùng với sự tăng cường độ rọi sáng?

6. Theo quy luật nào thì độ rọi của tế bào quang điện tăng khi nó tiến lại gần nguồn sáng?

7. Làm thế nào là sự gia tăng quang điện do tăng điện áp tại các điểm tiếp xúc của tế bào quang điện với sự chiếu sáng liên tục?

8. Vẽ hình tế bào quang điện có tác dụng quang điện ngoài, kể tên các phần tử và giải thích nguyên tắc hoạt động

9. Dựa vào đặc tính dòng điện-điện áp được xây dựng của tế bào quang điện, hãy giải thích khái niệm về vùng bão hòa.

10. Dòng điện đầu ra phụ thuộc vào độ sáng của tế bào quang điện như thế nào? Giải thích mối quan hệ này.

11. Nêu các định luật về hiện tượng quang điện ngoài?

12. Công trình này có khẳng định các định luật về hiệu ứng quang điện không?

13. Viết công thức của Einstein về hiệu ứng quang điện ngoài và phân tích nó. Những thành phần nào của công thức Einstein được xác nhận bởi công việc trong phòng thí nghiệm được thực hiện?

14. Điện thế nào gọi là đánh lửa, nó phụ thuộc vào cái gì?

Phòng thí nghiệm số 5

Nghiên cứu về sự phân cực của ánh sáng

5.1. Mục đích và mục tiêu của công việc

Mục tiêu của công việc:

– Cho học sinh làm quen với hiện tượng phân cực ánh sáng.

Nhiệm vụ công việc:

– Xác định chiết suất của thủy tinh bằng góc Brewster.

– Bằng thực nghiệm kiểm chứng tính đúng đắn của định luật Malus.

– Xác định các dạng trong quan sát hiện tượng khúc xạ kép trên tinh thể spar Iceland.

5.2. phần lý thuyết

5.2.1. phân cực ánh sáng

Như đã biết, điện từ trường phẳng sóng ánh sáng nằm ngang và đại diện cho sự lan truyền lẫn nhau dao động vuông góc: véc tơ lực căng điện trường và véc tơ lực căng từ trường(Hình 12, a)..gif" width="24" height="25 src="> được ngụ ý.

Một chùm ánh sáng trong đó các hướng khác nhau của vectơ trong một mặt phẳng cắt ngang với hướng truyền sóng có khả năng như nhau được gọi là tự nhiên. Trong ánh sáng tự nhiên, các dao động theo các hướng khác nhau thay thế lẫn nhau một cách nhanh chóng và ngẫu nhiên (Hình 12, b).

Ánh sáng trong đó hướng của các vectơ dao động được sắp xếp theo một cách nào đó và tuân theo một quy luật nào đó được gọi là ánh sáng phân cực theo hình tròn hoặc phân cực elip (Hình 13, b, V). Với phân cực tuyến tính, mặt phẳng chứa chùm tia và vectơ được gọi là mặt phẳng dao động hay mặt phẳng phân cực sóng.

Để thu được ánh sáng phân cực tuyến tính, các thiết bị quang học đặc biệt được sử dụng - bộ phân cực. Mặt phẳng dao động của vectơ điện trong sóng truyền qua bản phân cực được gọi là mặt phẳng của bản phân cực.

Bất kỳ máy phân cực nào cũng có thể được sử dụng để nghiên cứu ánh sáng phân cực, tức là, như một máy phân tích. Trong trường hợp này, mặt phẳng dao động của ánh sáng truyền qua sẽ trùng với mặt phẳng của máy phân tích. cường độ TÔIánh sáng phân cực tuyến tính sau khi đi qua máy phân tích phụ thuộc vào góc a tạo bởi mặt phẳng dao động của chùm tia tới trên máy phân tích với mặt phẳng của máy phân tích, theo định luật Malus

trong đó https://pandia.ru/text/78/242/images/image070_2.gif" width="20" height="25">, vuông góc với mặt phẳng tới, gạch ngang - dao động trong mặt phẳng tới. mức độ phân cực của chùm tia phản xạ phụ thuộc vào chiết suất tương đối và từ góc tới Tôi. Khi một chùm tia rơi trên một mặt phẳng mNở góc Brewster, chùm tia phản xạ bị phân cực hoàn toàn. Chùm tia khúc xạ bị phân cực một phần. Tỉ lệ

gọi là định luật Brewster. Mặt phẳng dao động của vectơ điện trường trong ánh sáng phản xạ vuông góc với mặt phẳng tới (Hình 14).

Vì ánh sáng phản xạ từ tấm điện môi bị phân cực một phần (hoặc thậm chí hoàn toàn), nên ánh sáng truyền qua cũng bị phân cực một phần và trở thành ánh sáng hỗn hợp. Các dao động chủ yếu của vectơ điện trong ánh sáng truyền qua sẽ xảy ra trong mặt phẳng tới. Sự phân cực tối đa, nhưng không hoàn toàn, của ánh sáng truyền qua đạt được khi tới ở góc Brewster. Để tăng mức độ phân cực của ánh sáng truyền qua, một chồng các tấm thủy tinh được đặt ở góc Brewster so với ánh sáng tới được sử dụng. Trong trường hợp này, có thể thu được ánh sáng truyền qua gần như phân cực hoàn toàn, vì mỗi phản xạ làm giảm các dao động truyền đi, mặt phẳng vuông góc rơi theo một cách nào đó.

5.2.3. Khúc xạ ánh sáng trong tinh thể hai mặt lồi

Một số tinh thể có đặc tính lưỡng chiết. Bị khúc xạ trong một tinh thể như vậy, chùm sáng được chia thành hai chùm phân cực thẳng với các hướng dao động vuông góc với nhau. Một trong các tia được gọi là bình thường và được ký hiệu bằng chữ cái Ô, thứ hai là bất thường và được ký hiệu bằng chữ cái e.

Chùm thông thường thỏa mãn luật tục khúc xạ và nằm trong cùng một mặt phẳng với tia tới và pháp tuyến. Đối với tia bất thường, tỉ số sin của góc tới và góc khúc xạ không đổi khi góc tới thay đổi. Ngoài ra, không chùm thông thường, theo quy luật, không nằm trong mặt phẳng tới và lệch khỏi chùm tia Ô ngay cả trong điều kiện ánh sáng bình thường.

Bằng cách làm lệch một trong các chùm tia sang một bên, có thể thu được một chùm tia phân cực phẳng. Ví dụ, đây là cách sắp xếp lăng kính phân cực Nicol (Hình 15). Hai mặt tự nhiên của tinh thể spar Iceland được cắt để giảm góc giữa các bề mặt xuống 68°. Sau đó tinh thể được xẻ thành hai phần dọc theo mặt phẳng BDở một góc 90° so với các mặt mới. Sau khi đánh bóng, các bề mặt cắt được dán lại với nhau bằng nhựa thơm Canada có chiết suất thỏa mãn điều kiện , ở đâu và là các chiết suất của spar Iceland đối với tia thường và tia bất thường.

Rơi theo một góc lớn hơn giới hạn, trên một mặt phẳng BD, một tia thường trải qua hoàn thành phản ánh nội bộ trên đường viền fenspat-balm..gif" width="77 height=32" height="32">.gif" width="76" height="32 src=">, đo lượng ánh sáng. Xây dựng đồ thị và rút ra kết luận.

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

Giờ đây, thay vì các tấm trong suốt bằng các tấm pha lê, các mẫu số 1 (chùm) và số 2 (tấm) được lắp đặt. Trước khi cài đặt các mô hình theo đường đi của các tia sáng, bạn cần đặt bộ phân cực và máy phân tích để tắt hoàn toàn ánh sáng (các mặt phẳng truyền P-P và A-A vuông góc). Cố định kiểu máy 1 trong giá đỡ (với vít kẹp đã được nới lỏng trước đó) và hiển thị hình ảnh của kiểu máy đó trên màn hình. Sau đó, kẹp mô hình bằng vít và làm theo những thay đổi trong hình ảnh trên màn hình. Mẫu số 2 (sẽ không vừa với giá đỡ) được kiểm tra độ uốn theo cách tương tự. Thực hiện các bản vẽ và kết luận cần thiết về bài tập.

Nhiệm vụ 3. Nghiên cứu hiện tượng lưỡng chiết.

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

Đặt một tấm thủy tinh song song trên mặt phẳng trên bàn xoay. Đặt tỷ lệ bảng thành không. Cố định khe có thể tháo rời vào một trong các giá đỡ và sử dụng lò xo trên khe để lắp kính mờ.

Bây giờ cần phải đảm bảo rằng bề mặt của tấm kính vuông góc với chùm sáng (góc tới của các tia khi đó sẽ bằng không). Để làm được điều này, nhìn từ phía trên từ mặt bên của khe và xoay bàn đối tượng (không phải cái cân!), bạn cần đảm bảo rằng khe, tâm bàn và ảnh của khe nằm trên cùng một đường thẳng. Sau đó, xoay tấm (không phải bàn!) theo chiều kim đồng hồ, kiểm tra ánh sáng phản xạ để tìm phân cực tuyến tính bằng kính phân cực có thể tháo rời (trong trường hợp này, mắt, tâm bàn và ảnh của khe phải nằm trên cùng một đường thẳng! ). Khi đạt được một số góc giới hạnÁnh sáng phản xạ X sẽ gần như bị dập tắt hoàn toàn bởi kính phân cực. Ghi lại giá trị góc này. Sau khi lấy tấm thủy tinh ra khỏi bàn xoay, hãy xác định chiết suất n của nó. Sau đó, bạn cần so sánh với chiết suất n và rút ra kết luận.

câu hỏi kiểm soát

Loại ánh sáng nào được gọi là phân cực?

Suy ra và giải thích định luật Malus.

Hiện tượng khúc xạ kép là gì?

Bản ghi ở nửa sóng và một phần tư sóng.

Nguyên tắc hoạt động của lăng kính Nicol.

Sự giao thoa của các chùm tia phân cực tuyến tính.

Lấy và phân tích các công thức Fresnel.

Làm thế nào bạn quan sát căng thẳng bên trong trong căng thẳng và nén chất rắn? Làm thế nào mà nó thể hiện chính nó?

Hiện tượng lưỡng chiết là gì, nó tồn tại ở những chất nào, như em đã quan sát lưỡng chiết tại nơi làm việc?

Bạn đã quan sát thấy gì khi xoay một mẫu với các vòng tròn nhiều lớp được gia cố giữa các tấm kính phân cực? Giải thích những quan sát của bạn.

Mục tiêu của công việc: nghiên cứu hiện tượng nhiễu xạ và xác định bước sóng ánh sáng.

Tài liệu tham khảo lý thuyết.

Nhiễu xạ sóng là hiện tượng biến dạng của mặt sóng trong quá trình truyền sóng trong môi trường không đồng nhất mạnh. Cụ thể, nhiễu xạ vừa là sự xâm nhập của sóng vào vùng bóng hình học, vừa là sự làm tròn các chướng ngại vật, vừa là sự tán xạ sóng của các nguyên tử mạng tinh thể, Và toàn bộ dòng hiện tượng khác. Trong quá trình nhiễu xạ, nhất thiết phải xảy ra sự chồng chất của các sóng phân tán và theo quy luật, sự phân phối lại năng lượng sóng trong không gian, tức là nhiễu xạ không thể tách rời khỏi giao thoa.

Mẫu nhiễu xạ có thể được tính toán bằng cách sử dụng Nguyên lý Huygens-Fresnel: mỗi điểm của mặt sóng là một nguồn sóng thứ cấp, đường bao cho biết vị trí của mặt sóng tại bất kỳ thời điểm tiếp theo nào và dao động thu được tại bất kỳ điểm nào trước mặt sóng là sự chồng chất của các dao động đến từ tất cả điểm của mặt sóng.

Ví dụ, trong quá trình nhiễu xạ sóng phẳng bởi một khe (Hình 1), sóng tán xạ với cường độ khác nhau theo mọi hướng; thấu kính thu các sóng thứ cấp song song vào một điểm của màn nằm trong tiêu diện của thấu kính, tại đây chúng giao thoa nhau. Sử dụng phương pháp vùng Fresnel, có thể chỉ ra rằng theo các hướng thỏa mãn điều kiện
(1)

trong đó m = 1, 2, 3, .... thì cường độ sáng cực tiểu.

Nếu khe không phải là một mà là N, thì trên mỗi khe nhiễu xạ sóng theo một cách giống nhau và hình ảnh nhiễu xạ là kết quả của sự giao thoa của N chùm kết hợp.

Cho phép làn sóng máy bay bình thường rơi trên một màn có N khe song song có bề rộng a bị cắt. Khoảng cách giữa các khe b. Giá trị
gọi là thời kỳ của cơ cấu.

Như có thể thấy từ Hình 2, sự khác biệt về đường đi giữa hai chùm tia lân cận
(2)

trong đó  là góc nhiễu xạ. Tại những điểm trên màn hình mà tất cả N chùm tia đến cùng pha, chúng sẽ khuếch đại lẫn nhau và ở những nơi này sẽ quan sát thấy cái gọi là cực đại chiếu sáng chính. Do đó, cực đại chính sẽ tương ứng với các góc nhiễu xạ mà hiệu đường đi bằng một số nguyên bước sóng, tức là

, (3)

Ở đâu tôi = 0, 1, 2, 3,....

Biên độ dao động trong cực đại chính sẽ là N lần và cường độ (độ rọi) N gấp 2 lần so với từ một khe.

Các cực đại phụ nhỏ được mô tả trong Hình 2 có cường độ thấp hơn 20 lần so với cực đại chính và do đó không được quan tâm. Cần nhớ rằng theo các hướng được xác định bởi công thức (1), không một khe đơn lẻ nào phát ra chùm sáng, và do đó, hệ thống các khe cũng vậy. Nhưng ngoài những cực tiểu nhiễu xạ này, sẽ còn có nhiều cực tiểu khác, cách nhau bởi các cực đại cạnh nhau, nhưng chúng cũng không có giá trị đáng kể. Ở N>100, hình ảnh nhiễu xạ thực sự bao gồm các dải sáng hẹp - các cực đại chính, được ngăn cách bởi các khoảng tối. Sự phân bố cường độ của ánh sáng đơn sắc khi nó chiếu vào một hệ từ một số lượng lớn các khe được thể hiện một cách định tính trong Hình.3.

Dụng cụ quang phổ bao gồm thủy tinh hoặc đĩa kim loại với các nét được áp dụng cho nó và hoạt động theo nguyên tắc được mô tả ở trên, được gọi là ghê tai.

Công thức (3) được gọi là công thức cách tử nhiễu xạ. Khi cách tử được chiếu sáng bằng ánh sáng trắng hoặc bất kỳ ánh sáng không đơn sắc nào khác, nó bị phân hủy thành quang phổ, vì mỗi bước sóng  ứng với một vị trí nào đó của các cực đại trên màn. Ví dụ, hình ảnh nhiễu xạ quan sát được khi cách tử được chiếu sáng bằng ánh sáng trắng có dạng như trong Hình 4.

Các cách tử hiện đại tốt nhất có 1200 dòng trên milimét, tức là
µm, tại Tổng số khe (nét) N=200000. Chiều dài của một cách tử như vậy là 20 cm, và chiều dài của quang phổ nhìn thấy được là khoảng 70 cm và chỉ quan sát thấy bậc một.

Cách tử nhiễu xạ được sử dụng để nghiên cứu quang phổ.

Đề án cài đặt

Tại
Thiết lập để quan sát mẫu nhiễu xạ bao gồm một đường ray bằng gỗ trên đó gắn cách tử nhiễu xạ DR. Lá chắn Shch di chuyển dọc theo đường ray với khoảng cách hẹp và một thước kẻ có thang đo milimét. Vai trò của ống kính được thực hiện bởi ống kính của mắt XP. Hình ảnh của khe được hình thành trên võng mạc của mắt SG và được quan sát trên nền của thang đo milimet. Có thể bỏ qua kích thước của nhãn cầu và khoảng cách từ mắt đến cách tử so với khoảng cách từ khe đến cách tử L. Khe được chiếu sáng bằng một bóng đèn điện L. Nếu quan sát khe được chiếu sáng bởi ánh sáng xuyên qua một cách tử nhiễu xạ, thì ngoài hình ảnh C trung tâm của khe trong ánh sáng trắng ở cả hai bên, người ta có thể nhìn thấy hình ảnh tia X óng ánh đối xứng của nó (quang phổ). Góc nhiễu xạ được xác định bởi vị trí cực đại nhiễu xạ trên thang đo milimet.

Rõ ràng là từ các cấu trúc hình học mà
, Ở đâu tôi – khoảng cách từ ảnh trung tâm của khe (m = 0) đến một trong các ảnh bên; L là khoảng cách từ cách tử đến khe. Cho rằng
đối với các góc nhiễu xạ nhỏ, chúng ta thu được

(4)

Sử dụng các công thức (3) và (4), chúng ta thu được biểu thức tính bước sóng λ, trong đó tất cả các đại lượng đều được đo dễ dàng trên thiết bị:
(5)

Trình tự công việc

1. Cắm thiết bị vào mạng.

2. Đưa mắt lại gần cách tử nhiễu xạ, hướng thiết bị vào nguồn sáng sao cho hai mặt của khe trên tấm chắn hiện rõ các phổ nhiễu xạ bậc 1 và bậc 2.

3. Đo khoảng cách L - từ tấm chắn đến cách tử nhiễu xạ.

4. Đo khoảng cách tôi– từ giữa cực đại trung tâm đến giữa cực đại bậc nhất màu xanh.

5. Sử dụng công thức (5), tính bước sóng màu lam.

6. Làm thí nghiệm đối với màu lam bậc 2. Ghi số liệu thu được vào bảng.

7. Thực hiện phép đo tương tự đối với các màu vàng, lục và đỏ theo hướng dẫn của giáo viên.

8. Tính độ lệch so với giá trị trung bình
và đặt nó trong bảng.

		lctôi		<>, nm

Kiểm soát câu hỏi.

1. Nhiễu xạ là gì? Nó biểu hiện ở những hiện tượng cụ thể nào?

2. Nguyên lý Huygens-Fresnel được hình thành như thế nào?

3. Mức cao chính là gì? Làm thế nào để chúng phát sinh?

4. Cực tiểu nhiễu xạ là gì? Bản chất của chúng là gì?

5. Điều gì xảy ra với hình ảnh nhiễu xạ khi số khe N tăng lên? (Giải thích bằng đồ thị).

6. Cách tử nhiễu xạ là gì? Làm thế nào nó được thực hiện?

7. cách viết và giải thích công thức của cực đại chính (công thức cách tử nhiễu xạ)?

8. Ảnh gì quan sát được trên màn khi cách tử được chiếu bằng ánh sáng trắng, ánh sáng của đèn thủy ngân?

9. Các quang phổ nhiễu xạ của ánh sáng khả kiến trùng nhau theo thứ tự nào?

10. Vai trò của thấu kính thiên văn trong việc hình thành hệ vân nhiễu xạ? Có thể thay ống kính bằng mắt được không?

11. Màn quan sát nhiễu xạ phải đặt cách thấu kính thiên văn một khoảng bằng bao nhiêu?

12. Ứng dụng của hiện tượng nhiễu xạ trong khoa học và công nghệ là gì?

13. Giải thích hiện tượng xuất hiện một dải trắng ở tâm ảnh nhiễu xạ khi được chiếu ánh sáng trắng.

14. Thứ tự các màu trong quang phổ nhiễu xạ là gì?

Văn học.

1. Saveliev I.V. môn vật lý. T.2 - M., Nauka, 1989. Par. 90,91,93,94.

2. Butikov E.I. quang học. - Trường trung học M.5, 1986. Mệnh. 6.1, 6.3, 6.5.

Phòng thí nghiệm #33