Рівняння еліптичного циліндра. Рівняння площини у відрізках

Розмір: px

Починати показ зі сторінки:

Транскрипт

1 Лабораторна робота 3 Визначення довжини світлової хвилі за допомогою дифракційних ґрат МЕТА РОБОТИ Ознайомлення з прозорими дифракційними ґратами, визначення довжин хвиль спектра джерела світла (лампи розжарювання). ПРИЛАДИ ТА ПРИЛАДДЯ 1. Дифракційні грати 2. Лампа розжарювання 3. Лінійна установка визначення довжини хвилі світла. КОРОТКА ТЕОРІЯ Дифракція світла явище, яке полягає у відхиленні від законів геометричної оптикиі виникає при проходженні світлових хвиль поблизу непрозорих перешкод, порівнянних з довжиною світлових хвиль. Розрізняють два види дифракції: 1. При дифракції Френеля дифракційна картина утворена пучком променів, що розходяться, що мають сферичний хвильовий фронт. 2. При дифракції Фраунгофера дифракційна картина утворена системами паралельних променів, що мають плоский хвильовий фронт. У цьому випадку дифракційна картина у вигляді темних і світлих смугспостерігається тільки за допомогою лінзи, що збирає промені у фокальній площині. Розглянемо дифракцію Фраунгофера на дифракційній решітці. Дифракційна решітка є плоскою прозорою пластиною, на якій нанесені прозорі і непрозорі смуги, що чергуються. 1 із 8

2 Суму ширини прозорої та непрозорої смуг називають постійними гратами d, або її періодом. d a b період ґрат Мал. 1. Дифракційні грати Розглянемо елементарну теоріюдифракційної решітки. Направимо перпендикулярно до площини решітки монохроматичний пучок світла, тобто. плоску монохроматичну хвилю завдовжки. Відповідно до принципу Гюйгенса-Френеля, кожна точка хвильового фронту може розглядатися як самостійне джерело вторинних хвиль. Ці джерела є когерентними. Кожна щілина решітки поводиться як точкове джерело вторинних хвиль за умови, що ширина щілини менша за довжину хвилі. В цьому випадку дифракційні гратиявляє собою набір точкових когерентних джерел S 1, S 2, S 3, S n (рис. 1), розташованих у щілинах і випускають решітки світлові коливанняу всіх напрямках. Паралельний пучок променів, що падає на дифракційну решітку, в результаті дифракції змінить свою структуру. Після ґрат кут відхилення променів від початкового напрямку становить від 0 до 90 вправо та вліво (рис. 2). 2 з 8

3 Якщо за дифракційною решіткою помістити лінзу, що збирає, то у фокальній площині лінзи можна спостерігати дифракційну картину, що є результатом двох процесів: дифракції світла від кожної щілини решітки і багатопроменевої інтерференції від усіх щілин. Основні риси цієї картини визначаються другим процесом. Мал. 2 Бо на ґрати падає плоска хвиля, то промені одного і того ж напрямку, що виходять з різних щілин, мають однакові початкові фази. Лінза не вносить різниці фаз. Отже, різницю фаз може створюватися тільки за рахунок різниці ходу променів до лінзи, згідно з рис.2. AB d sin У разі коли різниця ходу променів, що виходять з відповідно розташованих точок двох сусідніх щілин, дорівнює цілому числу довжин хвиль світла, хвилі будуть посилювати один одного (максимум інтенсивності). k, (k = 0, 1, 2, 3,) 3 із 8

4 Таким чином, різниця ходу будь-яких променів, що йдуть у цьому напрямку: Nd sin Nk, де N дорівнює різниці номерів щілин. Отже, всі промені, що виходять із двох сусідніх щілин під кутом (N 1), задовольняють умові d sin k (1) При інтерференції, вони посилюватимуть один одного, і на екрані спостерігатиметься максимум інтенсивності світла. Рівняння (1) є основним при практичному використаннідифракційних ґрат. Вимірявши кути, що відповідають положенням дифракційних максимумів, і знаючи довжину хвилі світла, можна знайти постійну ґрати d, або навпаки, знаючи d, визначити довжину хвилі світла. У центральній світловій смузі, зображення якої створюється пучком, паралельним падаючому підсумовується дія всіх променів, незалежно від довжини хвилі (центральний максимум). k 0, sin 0 Праворуч і ліворуч від центрального максимуму розташовуються світлові смуги, для яких k = 1, 2, 3, 4,... Вони називаються дифракційними максимумами 1-го, 2-го... і k-го порядку. Відповідно до рівняння (1) різним значенням відповідають різні кути (у дифракційних максимумах одного порядку). Тому при 4 з 8

5 освітленні решітки білим світлом у фокальній площині лінзи утворюється ряд дифракційних спектрів, що перекривають один одного (рис. 3). Вирішуючи рівняння (1) щодо, отримаємо: d sin k (2) Цей вираз є основним розрахунковою формулоюдля обчислення довжин світлових хвиль. У цій лабораторній роботі визначення довжини хвилі світла наводять за допомогою гоніометра та лінійної установки. Мал. 3. Дифракційна картина грат у зеленому (верхній ряд) та білому світлі ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА УСТАНОВКА Експериментальне встановленняскладається з дерев'яного бруску прямокутного перерізу, на верхньому боці якого нанесена міліметрова шкала. У пазах бруска переміщається рухомий екран Е, який наклеєна міліметрова шкала. Оптична схема представлена ​​на рис.

6 Нуль шкали розташований посередині екрана, де є щілина. Око бачить дифракційні спектри, що проектуються на екран Е. Мал. 4 Кут дифракції, під яким видно дифракційний максимум, малий, тому можна прийняти, що: b sin tg, l (3) де b l відстань до дифракційного максимуму на екрані; відстань від дифракційної ґрати до екрану. Підставляючи (3) (2), отримуємо: d b, k l (4) де d період решітки; k порядок спектра. 6 із 8

7 ХІД РОБОТИ 1. Засвітіть електричну лампочку. Закріпіть прилад так, щоб горизонтальна рейка була на рівні очей. 2. Встановіть у рамку дифракційну решітку. Визначте період дифракційної решітки d (вказана на решітці). 3. На відстані l1 20см розташуйте рухомий екран. 4. Наблизивши око до дифракційної решітки, направте прилад на джерело світла так, щоб крізь вузьку щілину на екрані було видно нитку розжарювання лампи. На чорному тлі по обидва боки щілини буде видно симетричні спектри. 5. Визначте за шкалою екрана відстань b кр до червоних, а також до фіолетових променів b фіол у спектрі першого (k 1) та другого порядку (k 2) спочатку по одну сторону від центрального максимуму, потім по іншу. 6. Аналогічні виміри проведіть для відстані l2 30см. 7. Користуючись формулою (4), обчисліть довжину хвилі кр червоного світла та фіолетового світла. фіол 8. Дані занесіть до таблиці. 9. Визначте середні значення довжин хвиль кр і фіол. 10. Порівняйте отримані дані з табличними. 11. Зробіть висновки. 7 із 8

8 Таблиця Положення k d, м b кр, м b фіол, м l, м кр, нм фіол, нм зліва 1 0,2 праворуч 1 0,2 зліва 2 0,2 ​​праворуч 2 0,2 ​​зліва 1 0,3 праворуч 1 0,3 зліва 2 0,3 праворуч 2 0,3 Середнє значення КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ 1. Сформулюйте принцип Гюйгенса-Френеля. 2. Які хвилі називаються когерентними? 3. У чому полягає явище дифракції? 4. За яких умов спостерігається дифракція? 5. Яка роль лінзи в одержанні дифракційної картини? 6. Умова максимумів для дифракційних ґрат. 7. Який порядок проходження кольорів у дифракційних спектрах? 8. Чим відрізнятимуться дифракційні картини, отримані від грат з різними постійними, а також однаковим числомштрихів? 9. Що таке довжина хвилі? 8 із 8

Лабораторна робота 5а Визначення довжини світлової хвилі за допомогою дифракційних ґрат. Мета роботи: вивчення явища дифракції світла та використання, цього явища для визначення довжини світлової хвилі.

Державна вища навчальний заклад«ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ» Кафедра фізики ЗВІТ з лабораторної роботи 84 ВИЗНАЧЕННЯ ДОВЖИНИ СВІТЛОВОЇ ХВИЛІ З ДОПОМОГЮ ДИФРАКЦІЙНИХ РАШТІВ

Міністерство освіти Республіки Білорусь Установа освіти «Білоруська державний університетінформатики та радіоелектроніки» Кафедра фізики ЛАБОРАТОРНА РОБОТА.7 ВИВЧЕННЯ ДИФРАКЦІЇ ФРАУНГОФЕРА

Розрахунково-графічне завдання присвячене розподілу хвильової оптики дифракції. Мета роботи вивчення дифракції на дифракційній решітці. Коротка теоріяявища дифракції Дифракція це явище, яке властиве

Лабораторна робота 3 ВИЗНАЧЕННЯ ДОВЖИНИ ХВИЛІ З ДОПОМОГЮ ДИФРАКЦІЙНИХ РЕШАТКИ Цілі роботи: Вивчення дифракційної решітки як спектрального приладу. У процесі роботи необхідно: 1) знайти довжини спектральних хвиль

Лабораторна робота 6 Вивчення дифракційної решітки Дифракцією світла називається явище, що полягає у відхиленні напрямку поширення світлових хвиль від напрямів, що визначаються геометричною оптикою.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 272 ВИЗНАЧЕННЯ ДОВЖИНИ ХВИЛІ МОНОХРОМАТИЧНОГО СВІТЛА З ДОПОМОГЮ ДИФРАКЦІЙНИХ РЕШІТКИ 1. Мета роботи: визначення довжини хвилі лазерного світлаза допомогою дифракційних ґрат. 2. Теоретичні

Робота 5. ВИВЧЕННЯ ДИФРАКЦІЇ СВІТЛА НА ПОДИНОЧНІЙ ЩІЛИНІ ТА ДИФРАКЦІЙНІ РЕШИТКИ Мета роботи: 1) спостереження картини дифракції Фраунгофера від одиночної щілини та дифракційної решітки в монохроматичному світлі;

Спеціалізований навчально-науковий центр– факультет МДУ ім. М.В. Ломоносова, Школа імені О.М. Колмогорова Кафедра фізики Загальний фізичний практикум Лабораторна робота Вимірювання довжин світлових хвиль у суцільному

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 48 ВИВЧЕННЯ ДИФРАКЦІЇ СВІТЛА НА ДИФРАКЦІЙНОМУ РЕШТІ Мета роботи вивчення дифракції світла на одновимірних дифракційних гратах, визначення довжини хвилі випромінювання напівпровідникового лазера.

Робота 25а Вивчення явищ, обумовлених дифракцією Мета роботи: спостереження дифракції світла на дифракційній решітці, визначення періоду дифракційної решітки та області пропускання світлофільтрів Обладнання:

Лабораторна робота 0 ВИВЧЕННЯ ДИФРАЦІЙНИХ РЕШІТКИ Прилади та приладдя: Спектрометр, освітлювач, дифракційна решітка з періодом 0,0 мм. Дифракцією називається сукупність явищ, що спостерігаються

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 8- ВИВЧЕННЯ ДИФРАКЦІЙНИХ РЕШЕТКИ Мета роботи: вивчення дифракції світла на одновимірних дифракційних гратах та визначення її характеристик: періоду дифракційної решітки, кутової дисперсії.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 3.3 ВИЗНАЧЕННЯ ДОВЖИНИ СВІТЛОВОЇ ХВИЛИ ЗА ДОПОМОГОЮ ДИФРАКЦІЙНИХ РЕШІТКИ 1. Мета роботи Метою даної роботи є вивчення явища дифракції світла на прикладі дифракційної решітки та

Дифракція світла Лекція 4.2. Дифракція світла Дифракція - сукупність явищ, що спостерігаються при поширенні світла в середовищі з різкими неоднорідностями (краї екранів, малі отвори) та пов'язаними з відхиленнями

Ярославський державний педагогічний університетім. К.Д. Ушинського Лабораторна робота 8 Визначення параметрів дифракційних ґрат Роуланда Ярославль 010 Зміст 1. Питання для підготовки

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 47 ВИВЧЕННЯ ДИФРАКЦІЇ У ПАРАЛЕЛЬНИХ ПРОМІНЯХ (ДИФРАКЦІЯ ФРАУНГОФЕРА) Мета роботи спостереження дифракційної картини при дифракції в паралельних променях на одній і двох щілинах; визначення

Міністерство освіти Російської ФедераціїТомський полі технічний університетКафедра теоретичної та експериментальної фізики«ЗАТВЕРДЖУЮ» Декан ЄНМФ І.П. Чернов 00 р. ДИФРАКЦІЯ Методичні вказівки

РОБОТА 6 Дослідження дифракції Френеля на круглому отворі та круглому дискуМета роботи: вивчення явища дифракції світла на найпростіших об'єктах та вимір їх основних параметрів. Введення Дифракцією

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 6 (8) Вивчення прозорої дифракційної грати Мета роботи: Ознайомлення з прозорими дифракційними гратами визначення довжин хвиль червоного і зеленого квітіввизначення дисперсії

Лабораторна робота 20 Визначення довжин хвиль ліній спектру випромінювання за допомогою дифракційних грат Мета роботи: ознайомлення з прозорими дифракційними ґратами; визначення довжин хвиль спектра джерела

КАЗАНСЬКА ДЕРЖАВНА АРХІТЕКТУРНО-БУДІВЕЛЬНА АКАДЕМІЯ Кафедра фізики МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДО ЛАБОРАТОРІВНИХ РОБОТ З ФІЗИКИ для студентів спеціальностей 2903, 2906, 290

Тема 2. Дифракція світла самостійного рішення. Завдання 1. Між точковим джерелом світла та екраном помістили діафрагму з круглим отвором, радіус якого можна змінювати r. Відстань від

Міністерство освіти та науки Російської Федерації Федеральне агентствоза освітою Cаратовський державний технічний університет Вимірювання довжини світлової хвилі за допомогою дифракційної решітки

Лабораторна робота 43 б Вивчення дифракції світла на дифракційній решітці Лабораторна робота розроблена такими викладачами кафедри фізики МДУЛ: - аспірант Усатов І.І., доц. ЦаргородцевЮ.П.

Міністерство освіти та науки РФ Федеральне агентство з освіти Російський державний університет нафти та газу ім. І.М. Губкіна Кафедра фізики http://physics.gubkin.ru ЛАБОРАТОРНА РОБОТА

1 Тема: Хвильові властивостісвітла: дифракція Дифракцією називається явище огинання хвилями перешкод, що зустрічаються на їхньому шляху, або в більш широкому значеннібудь-яке відхилення поширення хвиль поблизу

Дифракція світла Дифракція відхилення поширення хвиль від законів геометричної оптики поблизу перешкод (огинання хвилями перешкод). Об ласть ь е м е т р і ч е с к о й т ен і Дифракція

4.. Хвильова оптикаОсновні закони та формули Абсолютний показникзаломлення однорідної прозорого середовища n = c / υ, де c швидкість світла у вакуумі, а υ швидкість світла в середовищі, значення якого залежить

3 Мета роботи: вивчення впливу ширини вузької щілини на вигляд дифракційної картини під час спостереження у світлі лазера. Завдання: проградуювати щілину регульованої ширини, використовуючи положення мінімумів дифракційної

Лабораторна робота 3.05 ДИФРАКЦІЯ ФРАУНГОФЕРА НА ЩІЛЯХ І ДИФРАКЦІЙНИХ РЕШІТКАХ М.В. Козінцева, Т.Ю. Любезнова, А.М. Бішаєв Мета роботи: дослідження особливостей дифракції Фраунгофера світлових хвиль на

Методичні вказівки до виконання лабораторної роботи 3..3 ВИВЧЕННЯ ДИФРАКЦІЇ ВІД ЩІЛИНИ В ПРОМІНЯХ ЛАЗЕРА Степанова Л.Ф. Хвильова оптика: Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт із фізики / Л.Ф.

Східно-Сибірський державний університет технологій та управління Кафедра «Фізика» Дифракція світла Лекція 4.2 Дифракція світла сукупність явищ, що спостерігаються при поширенні світла в середовищі

ФЕДЕРАЛЬНА АГЕНЦІЯ З ОСВІТИ ДЕРЖАВНА ОСВІТАЛЬНА УСТАНОВА ВИЩОЇ ПРОФЕСІЙНОЇ ОСВІТИ ГІЧНИЙ

Міністерство освіти і науки Російської Федерації Томський державний університет систем управління та радіоелектроніки (ТУСУР) Кафедра фізики ВИВЧЕННЯ ДИФРАКЦІЇ ЛАЗЕРНОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ НА ДВОМІРНІЙ

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 42 ВИВЧЕННЯ ІНТЕРФЕРЕНЦІЇ НА ДОСВІДІ З БІПРИЗМОМ ФРЕНЕЛЯ Мета роботи вивчення інтерференції світла в досвіді з біпризмою Френеля. Оцінка довжини хвилі лазерного випромінюванняі заломлюючого кута

МОСКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «МАМІ» Кафедра фізики ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 3.05 Вивчення дифракції Фраунгофера від однієї щілини Москва 2008 1 ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 3.0

Оптика Спектральні прилади. Дифракційні грати До складу видимого світлавходять монохроматичні хвилі з різними значеннямидовжин. У випромінюванні нагрітих тіл (нитка лампи розжарювання)

3 Мета роботи: ознайомитися з відбивною дифракційною решіткою. Завдання: визначити за допомогою дифракційної решітки та гоніометра довжини хвиль ліній спектру ртутної лампи та кутову дисперсію грат Прилади

ДИФРАКЦІЯ СВІТЛА 1. Обчислити радіус r шостої зони Френеля для плоскої монохроматичної хвилі (λ = 546 нм), якщо точка спостереження знаходиться на відстані b = 4,4 м від фронту хвилі. 2. Обчислити радіус

Вивчення дифракції світла Липовська М.Ю., Яшин Ю.П. Вступ. Світло може проявляти себе або як хвиля, або як потік частинок, що зветься корпускулярно - хвильового дуалізму. Інтерференція та

Індивідуальне завдання N 6 «Хвильова оптика» 1.1. Екран висвітлюється двома когерентними джерелами світла, що знаходяться на відстані 1 мм один від одного. Відстань від площини джерел світла до екрану

Лабораторна робота 3.21 ДИФРАКЦІЯ ЛАЗЕРНОГО СВІТЛА НА ЩІЛІ. ДИФРАК-ЦІЯ ФРЕНЕЛЯ. Г.Е. Бугров, А.М. Бішаєв Мета роботи: Вивчення явища дифракції світла на щілини. По картині, що отримується на екрані, визначити

Лабораторна робота 5.4 ДИФРАКЦІЙНІ РЕШІТКИ 5.4.1. Мета роботи Метою роботи є знайомство з моделюванням процесу складання когерентних електромагнітних хвильі експериментальне дослідженнязакономірностей

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ Федеральне державне бюджетне освітня установавищого професійної освіти«ТЮМЕНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ АРХІТЕКТУРНО-БУДІВЕЛЬНИЙ

Заняття 24 Хвильова оптика https://www.youtube.com/watch?v=0u4jaasz9f4 навчальне відеоЗавдання 1 Розкладання пучка сонячного світласпектр при проходженні його через призму пояснюється тим, що світло складається

Міністерство освіти і науки Російської Федерації Федеральне агентство з освіти Державна освітня установа вищої професійної освіти «УФІМСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ НАФТОВИЙ

ФЕДЕРАЛЬНА АГЕНЦІЯ З ОСВІТИ Державна освітня установа вищої професійної освіти «НАЦІОНАЛЬНИЙ ДОСЛІДНИЙ ТОМСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ» ЗАТВЕРДЖУЮ Проректор-директор

Лабораторна робота 6, Євген Павлов, РЕ- Мета роботи: вивчення дифракції Френеля на круглому отворі, щілини та переходу до дифракції Фраунгофера; визначення параметрів отворів різної формипри вивченні

Приклади розв'язання задач Приклад Світло з довжиною хвилі падає нормально на довгу прямокутну щілинуширини b Знайдіть кутовий розподіл інтенсивності світла при фраунгоферовій дифракції а також кутове положення

1 Лабораторна робота 3 04 ВИМІР ДОВЖИНИ ХВИЛИ ВИПРОМІНЮВАННЯ ЛАЗЕРУ З ДОСВІДІВ ПО ІНТЕРФЕРЕНЦІЇ Частина 1. Дослідження інтерференції світла за допомогою біпризми Френеля Мета роботи: сформулювати гіпотезу дослідження,

Лабораторна робота 3.04.

Робота ІНТЕРФЕРЕНЦІЯ СВІТЛА В ОПТИЧНІЙ СХЕМІ З БІПРИЗМОМ ФРЕНЕЛЯ Мета роботи: спостереження явища інтерференції світла та визначення довжини хвилі світла в оптичній схемі з біпризмою Френеля. Інтерференцією

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ КАЗАНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ АРХІТЕКТУРНО-БУДІВЕЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ Кафедра фізики

Лабораторна робота 43 a Вивчення дифракції Фраунгофера Лабораторна робота розроблена наступними викладачами кафедри фізики МДУЛ: – аспірант Усатов І.І., доц. Царгородцев Ю.П. проф. Напівектів Н.П.

Інтерференція Дифракція Хвильова оптика Основні закони оптики Закон прямолінійного поширення світла Світло в оптично однорідному середовищіпоширюється прямолінійно Закон незалежності світлових пучків

І.О. Заплатіна Ю.Л. Чепелєв ВИЗНАЧЕННЯ ДОВЖИНИ ХВИЛИ ВИПРОМІНЮВАННЯ ЛАЗЕРНОЇ ВКАЗІВКИ ДИФРАКЦІЙНИМ МЕТОДОМ Єкатеринбург 2013 МІНОБРНАУКИ РОСІЇ ФДБОУ ВПО «УРАЛЬСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ЛІСТЕХНІЧНИЙ

Спеціалізований навчально-науковий центр – факультет МДУ ім. М.В. Ломоносова, Школа імені О.М. Колмогорова Кафедра фізики Загальний фізичний практикум Лабораторна робота 4.6. Досвід Юнга. Вивчення хвильових

ВИВЧЕННЯ ЯВА ІНТЕРФЕРЕНЦІЇ: ДОСВІД ЮНГА Мета роботи - вивчення явища інтерференції світла на прикладі досвіду Юнга, вивчення інтерференційної картини, що отримується в досвіді Юнга, дослідження залежності

0050. Дифракція лазерного випромінювання Мета роботи: Визначення ширини щілини та постійної дифракційних решіток за дифракційними картинами на екрані спостереження Необхідне обладнання: Модульний навчальний комплекс

Ярославський державний педагогічний університет ім. К. Д. Ушинського Лабораторна робота 3 Визначення довжини світлової хвилі за допомогою біпризми Френеля Ярославль 2009 Зміст 1. Питання для підготовки

ДИФРАКЦІЯ ФРАУНГОФЕРУ. Насредінов Ф.С., Хрущова Т.А., Штельмах К.Ф. Мета роботи: ознайомлення на досвіді з особливостями дифракції світла на вузькій щілині та періодичних об'єктах - дифракційній решітці та сітці.

Лабораторна робота 4. Дослідження дифракції Фраунгофера на дифракційній решітці Методичний посібник Москва 04 р. Дослідження дифракції Фраунгофера на дифракційній решітці. Мета роботи Вивчення

КАЗАНСЬКА ДЕРЖАВНА АРХІТЕКТУРНО-БУДІВЕЛЬНА АКАДЕМІЯ Кафедра фізики Лабораторна робота 53 ВИВЧЕННЯ ДИФРАКЦІЇ СВІТЛА НА ЗОННІЙ ПЛАСТИНЦІ МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ КЛАБОРКИ

Лабораторна робота 3.07 ДИФРАКЦІЙНА РЕШИТКА ЯК СПЕКТРАЛЬНИЙ ПРИЛАД Н.А. Економів, А.М. Попов. Мета роботи: експериментальне визначення кутової дисперсії дифракційної решітки та розрахунок її максимальної

Лабораторна робота 3.15. ДИФРАКЦІЙНА РЕШИТКА ЯК СПЕКТРАЛЬНИЙ ПРИЛАД А.І. Бугрова Мета роботи: Експериментальне визначення періоду та кутової дисперсії дифракційних ґрат як спектрального приладу.

Варіант 1. 1. Монохроматичне світлодовжиною хвилі 0,6мкм нормально падає на діафрагму з отвором діаметром 6мм. Скільки зон Френеля укладається в отворі, якщо екран розташований за 3м за діафрагмою

РОБОТА 3.0 ДИФРАКЦІЯ СВІТЛА Завдання 1. Дослідити дифракцію світла в паралельних променях на щілини. За відомою довжиною хвилі джерела світла визначити ширину щілини, довжину хвилі невідомого джерела світла.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 46 ВИЗНАЧЕННЯ ДОВЖИНИ СВІТЛОВОЇ ХВИЛІ ЗА ДОПОМОГОЮ ДИФРАКЦІЙНИХ РЕШІТ І ГОНІОМЕТРА. Мета роботи: визначення довжини світлової хвилі видимої частини спектра парів ртуті. Теоретичні основи

Лабораторна робота 7 Дослідження дифракції Фраунгофера в хвилі, що збігається Теорія При дифракції плоскої світлової хвилі на досить великих предметах (1 мм) дифракційна картина, згідно /24/, виникає

Лабораторна робота №4

ВИЗНАЧЕННЯ ДОВЖИНИ СВІТЛОВОЇ ХВИЛІ З ДОПОМОГЮ ДИФРАКЦІЙНИХ РЕШІТКИ

Приладдя:прилад визначення довжини світлової хвилі, джерело світла, дифракційна решітка.

Дифракційними ґратами називають систему великої кількостіблизьких паралельних щілин. Найпростіша дифракційна решітка є скляною пластинкою, на якій за допомогою ділильної машини нанесений ряд паралельних штрихів.

Місця, прокреслені ділильною машиною, розсіюють світло так, що в напрямку спостереження потрапляє лише незначна частина, тому штрихи є майже непрозорими проміжками між неушкодженими частинами платівки - щілинами.

У найпростішому випадку нормального падіння світла на прозору дифракційну решітку із шириною прозорих штрихів "d"та непрозорих "b"становище максимумів визначається рівністю:

mλ=(a+b)sinφ =d sinφ

де φ - Кут дифракції

λ - Довжина світлової хвилі

m- Порядок спектру

d=(a+b)- так звані "постійні грати"

При m=0 умова максимуму задовольняється всім довжин хвиль, тобто. при

φ=0 спостерігається центральна світла (біла) смуга, праворуч і ліворуч симетрично розташовуються кольорові максимуми (кольорові смуги). Граничне число спектрів, яке можна отримати за допомогою ґрат дається співвідношенням:

Однією з основних характеристик дифракційної решітки є її роздільна здатність. Роздільна здатність грат визначається з умови Релея, за яким: дві спектральні лінії дозволяються (видні

окремо), якщо максимум однієї лінії (λ 1) потрапляє на місце найближчого мінімуму другої лінії (λ 2) .

З цього випливає, що роздільна здатність решітки /А/ буде:

де N - Число штрихів решітки.

У решітці велика роздільна здатність досягається за рахунок великих значень N ,

т.к. порядок т невеликий.

Прилад визначення довжини світлової хвилі. Призначення та пристрій.

Прилад /рис.1/ складається з дерев'яної рейки /1/ прямокутного перерізу
довжиною трохи більше 500 мм. На верхній поверхні рейки нанесено шкалу
з міліметровими поділками. На бічних гранях рейки зроблено пази, що йдуть по всій довжині. Посередині рейки, внизу, прикріплена

металева скоба / 2/, з якою за допомогою шарніра скріплений кінець металевого стрижня /3 /. На цьому стрижні рейка може бути закріплена під різними кутамигвинтом /4/. До торця передньої частини рейки прикріплена рамка /5/. У рамку вкладається дифракційна решітка з 500 і з 1000 штрихами на 1 см. З іншого кінця на рейку надівається повзунок /6/, лапки якого ковзають у пазах рейки. Повзунок може переміщатися по всій довжині рейки. На повзунці укріплений щиток /7/, верхня частина якого забарвлена ​​в чорний колір.

Нижня частина щитка біла із чорною шкалою. Нуль шкали розташований посередині щитка. Сантиметрові поділки відзначені порядковими цифрами. Під нульовим розподілом у щитку зроблено невелике прямокутне вікно /8/, а під ним уздовж нульового поділу шкали зроблено проріз. До приладу додається одна дифракційна сітка з 500 поділами на 1 см.

РОБОТА З ПРИЛАДОМ

Для виконання лабораторної роботи щодо визначення довжини світлової хвилі необхідно мати штатив або підставку від підйомного столика /9/ /рис.4/ та електричну лампочку в патроні на штативі.

Патрон з електричною лампочкою встановлюється на демонстраційному столі так, щоб працюючим була видна лише одна розжарена нитка лампи у вигляді вертикальної прямої. З цією метою зручна " софітка " - лампа /рис.2/, що має одну нитку розжарення.

Для роботи можна скористатися звичайною електричною лампою, розташувавши її так, як показано на рис.3.

Установку для роботи збирають так, як показано на рис.4.

Прилад зміцнюється на підставці від підйомного столика на такій висоті, щоб горизонтально встановлена ​​рейка була на

рівні очей спостерігача. На задній кінець рейки надягають повзунок зі шкалою, зверненою до рамки. У рамку вставляють дифракційні грати /при цьому штрихи, нанесені на дифракційні грати, повинні бути паралельні щілини на щитку/. Наблизивши око до дифракційних ґрат, направляють прилад на джерело світла так, щоб фіолетова частина кожного спектру була звернена до середини шкали /до щілини/.

При ґратах із 500 штрихами на 1 см зазвичай видно три пари спектрів. В цьому випадку краще користуватися першою або другою парою спектрів /вважаючи вікна/. Подальші спектри зазвичай бувають розпливчасті і їх межі визначити важко. Якщо спектри розташовуються не паралельно шкалі, це означає, що штрихи на решітці не паралельні нитки розжарення лампи. Злегка повертають лампу з ґратами, домагаються, щоб спектри розташовувалися паралельно до шкали. У лабораторній роботі визначають довжини світлової хвилі фіолетових та червоних променів на межі їх видимості. Для цього відраховують за шкалою в перших спектрах, розташованих по обидва боки вікна, відстань від середини шкали до крайніх фіолетових променів і крайніх червоних / "С" /.

Якщо отримані значення у лівого спектру відмінні від відповідних значень у правого, то знаходять середнє значення як для фіолетових, так і для червоних променів /суму значень ділять на два/, потім за шкалою на рейці визначають у міліметрах відстань від щитка до дифракційної решітки, яка розташована на нульовому розподілі шкали. Ділячи відстань "С" від середини шкали щитка до променя, що спостерігається, на відстань l від щитка до дифракційної

грати, одержують тангенс кута φ , під яким видно цей промінь. Синус цього кута дорівнює відношеннюдовжини світлової хвилі спостерігається променя до відстані між

сусідніми штрихами решітки/тобто. постійної решітки d/.Так як φ малий, то без істотної похибки можна припустити, що tgφ≈sinφ , Тоді будемо мати:

або звідки:

У нашому випадку " d буде дорівнює 1/500 см решітки з 500 штрихами на 1 см або 1/50мм з 50 штрихами на 1 мм. Якщо визначають довжину світлової хвилі по

спектрам другого порядку, то замість λ треба брати (поставити) 2λ . Тоді:

Для отримання точніших результатів необхідно l брати можна більшим і пересувати повзунок зі щитка по рейці до тих пір, поки початок /або кінець/ спектра не опиниться на штриху щитка і З виразиться у цілих міліметрах. Результати, які отримують із приладом, можна бачити з наступного прикладу:

Крайні фіолетові промені видно на відстані 11 мм від нульового розподілу шкали (як праворуч, так і зліва). Шкала віддалена від дифракційної решітки на відстані 495 мм. Крайні червоні промені видно з відривом 19 мм при шкалі, віддаленої на 490 мм.

Тоді довжина хвилі фіолетових променів дорівнює:

мк

а, довжина червоних променів дорівнює:

мк

Лабораторну роботу можна поставити інакше: за заздалегідь відомими довжинами світлових хвиль визначають постійну дану дифракційну решітку. Постійні грати: мм

, 1мм = 10-3 мк, де m = 1,2,3, ...

ВИЗНАЧЕННЯ ДОЗВОЛЯЮЧОЇ ЗДАТНОСТІ ДИФРАКЦІЙНИХ ҐРАТОК

Знаючи постійну решітки та вимірявши лінійкою довжину решітки, можна знайти число штрихів у ній N (Така оцінка числа N передбачає, що освітлені і працюють усі штрихи ґрат).

Порядок дифракційного спектру m , що входить у вираз роздільної здатності:

Треба взяти з досвіду, який найвищий із дифракційних спектрів має ще достатню для спостереження інтенсивність (у поодиноких випадках буває більше, ніж 3 або 4)

ЛІТЕРАТУРА: 1. Ландсберг, оптика.

2. Курс фізики за редакцією академіка Папалексі, т. 2.

3. Фріш, Техніка спектроскопії.

ВИЗНАЧЕННЯ ДОВЖИНИ СВІТЛОВОЇ ХВИЛІ З ДОПОМОГЮ

ГОНІОМЕТРА

ГОНІОМЕТР.Горизонтальний лімб 1 (коло) гоніометра розділений на градуси або їх частини. У центрі лімба знаходиться предметний столик А,на який ставиться дифракційна решітка. Столик може обертатися біля вертикальної осі. Кутове положення столика з ґратами відраховується за кутовим ноніусом N2,ковзному по лімбу. На штативі гоніометра нерухомо укріплена коліматорна труба Доз вертикальною щілиною S.Коліматор посилає на ґрати вузький паралельний пучок променів. Проти коліматора знаходиться труба М,яка може обертатися довкола вертикальної осі, що проходить через центр лімбу. Кутове положення труби фіксується при

допомоги ноніусу N1. В окулярі оптичної труби М поміщено хрест ниток, що встановлюється в процесі роботи на лінії дифракційного спектру при

вимірі кутів φ , утворених напрямками головних максимумів з невідхиленими гратами променями.

ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ: Дифракцією хвиль називається обгинання хвилями невеликих перешкод або країв отворів, порівнянних з довгою хвилі. Сукупність вузьких паралельних щілин з однаковою шириною, порівнянною з довгою хвилі, розташованих на рівних відстаняходин від одного, називається дифракційною решіткою.

Якщо на дифракційну решітку направити пучок паралельних променів з однаковою довгою хвилі, то частина пучка пройде через решітку по початковому напрямку, а частина відхилиться від початкового

напрями на кут φ . Цей кут називається кута дифракції. Його величина залежить від відстані між серединами двох сусідніх щілин (а+b) та довжини

хвилі А, падаючого світла.

Якщо зібрати промені, що пройшли крізь дифракційну решітку, у фокусі лінзи, то найбільша інтенсивність світла опиниться в точці, що відповідає

кутку φ =0. Наступні максимуми інтенсивності виходять у точках,

відповідним кутам φ до, що задовольняють рівняння:

(a+b)sinφ до = kλ(1), де (а+b) - постійні грати,

k -порядок дифракційного спектру (k=0,1,2,...).

Формула (1) показує, що знаючи (а+b), φ до і k,можна знайти довжину світлової хвилі.

Для вимірювання кутів дифракції у цій роботі застосовують гоніометр. На столику гоніометра перпендикулярно до осі коліматора встановлюють дифракційну решітку. Щілина коліматора висвітлюють лампою.

Якщо встановити зорову трубу в напрямку осі коліматора, то поле зору труби ми побачимо нульовий центральний максимум (зображення щілини коліматора).

Зміщуючи трубу праворуч або ліворуч, побачимо спочатку спектр першого порядку. При подальшому повертанні труби в поле зору її виявляться спектр другого порядку і т.д.

Для визначення кута дифракції будь-якої хвилі необхідно навести візирну лампу зорової труби на лінію відповідного кольору в бажаному порядку праворуч або ліворуч від нульового максимуму.

Нехай відлік положення труби від нуля шкали гоніометра при наведенні

ліворуч буде α і праворуч β. Тоді різницю відліків β-α дає подвоєний кут дифракції.

ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

1. Прочитати опис гоніометра.

2. Направити коліматор на лампу. Перевірити, чи варто дифракційні грати
перпендикулярно до пучка променів, що виходить з коліматора.

3. Навести зорову трубу на центральний дифракційний максимум.
Переміщенням труби окуляра досягти чіткого зображення нитки,
натягнутої в окулярі і виразного зображення щілини коліматора.

4. Навести перетин ниток на синю лінію в спектрі першого порядку спочатку
ліворуч, потім праворуч. При кожній установці відлік положення труби
виробляти по ноніусу так, що

де α та β - відлік по ноніусу.

5. Повторити вимірювання, зазначені у пункті 4 для червоної лінії у спектрі
другого порядку.

6. Визначити кути дифракції за такою формулою:

Запитання та завдання для підготовки до лабораторної роботи №4

"ВИЗНАЧЕННЯ ДОВЖИНИ СВІТЛОВОЇ ХВИЛІ З ДОПОМОГЮ

Дифракційні грати"

Тема: "ДИФРАКЦІЯ СВІТЛА"

1. Основні уявлення про сучасних поглядахна природу світла.

2. Чітко знати, які явища підтверджують хвильову та корпускулярну
природи світла. Куди віднести явище дифракції світла?

3. Принцип Гюйгенса. У чому суть доповнень цього принципу, внесених
Френелем? /Принцип Гюйгенса-Френеля/.

4. У чому полягає явище дифракції світла? Вміти дати чітке
визначення.

5. Метод зон Френеля. Чи поширюється світло прямолінійно чи ні?
Дифракційні явища Френеля / познайомитися із застосуванням до
конкретним випадкам методу зон Френеля/.

6. Дифракційні явища Фраунгофера /чим відрізняються від дифракційних
явищ Френеля/. Дифракція Фраунгофера на одну щілину, умову min та
max, графік поширення / розподілу інтенсивності світла /.

7. Дифракційні грати - що це таке, як висвітлюється, як йде світло
після ґрат, різниця ходу між променями, як впливають min і max.
Додаткові min та max - з чим вони пов'язані, як впливають на
дифракційну картину.

8. Чому біле світло розкладається дифракційними гратами на кольоровий
Спектр.

9. Вміти креслити оптичну схему дифракційного спектроскопа, знати
призначення щілини коліматора.

10. Характеристики решітки: дисперсія та роздільна здатність. Від чого
безпосередньо вони залежать? Критерій Релея?

11. Як виглядають дифракційні спектри: чергування кольорів, порядків? Як
впливає на вигляд спектру заміна однієї решітки іншою/з відмінною
постійної d /?

12. Чи обмежена кількість порядків дифракції чи ні? Чи за будь-якого

співвідношенні між постійною d та довгою хвилі А, спостерігається дифракція світла?

13. Коротко познайомитися з дифракцією в об'ємних дифракційних ґратах
/решітках кристалів/, формулою Вульфа-Брегга.

14. Чітко представляти зміст дослідів роботи, основні результати.

15. У чому полягає негативна роль дифракційних явищ у
оптичних приладів?

Лабораторна робота №6

Визначення довжини світлової хвилі

Мета роботи : визначити довжину світлової хвилі за допомогою дифракційних ґрат.

Обладнання:

дифракційна решітка із зазначеним на ній періодом;

вимірювальна установка;

напівпровідниковий лазер (лазерна указка).

Хід роботи

У роботі для визначення довжини світлової хвилі використовується дифракційнагратиз періодом (період вказаний на ґратах). Вона є основною частиною вимірювальної установки, показаної на малюнку 1 .

Перед початком лабораторної роботи встановіть екран так, щоб при включенні лазера кнопкою червона точка збіглася з нульовим розподілом шкали екрану.

Встановіть у тримач рамку з дифракційною решіткою та увімкніть лазер. На екрані утворюється картина максимумів та мінімумів, що йдуть від різних щілин решітки в одному напрямку. Ця картина представляє серію яскравих червоних точок, що симетрично розходяться від центральної плями – нульового максимуму. Змінюючи дифракційні ґрати, спостерігайте, як змінюється дифракційна картина залежно від кількості штрихів на міліметр.

до) точно збігався з цілим міліметровим розподілом шкали екрану, і виміряйте відстань bвід нього до центрального максимуму. Визначте відстань апо лінійці на лаві від екрану до ґрат.

Довжина хвилі визначається за такою формулою:
,

Де: d – період решітки; до -порядок спектра;

- Кут, під яким спостерігаються максимум світла відповідного кольору;

Оскільки кути, під якими спостерігається максимуми 1-го та 2-го порядків, не перевищують 50, можна замість синусів кутів використовувати їх тангенси.

З малюнка 2 видно, що
.

Відстань відраховують по лінійці від ґрат до екрана, відстань b – за шкалою екрана від щілини до обраної лінії спектру.

Про

остаточна формула дня визначення довжини хвилі має вигляд:

Підготуйте бланк звіту з таблицею для запису результатів вимірювань та обчислень.

Зберіть вимірювальну установку, встановіть екран на відстані від решітки.

Після спостереження якісної картини серії максимумів перемістіть двигун з решіткою по пазу лави так, щоб якийсь максимум (запишіть його номер до) точно збігався з цілим міліметровим розподілом шкали екрану, і виміряйте відстань b від нього до центрального максимуму.

Визначте положення центрів кольорових смуг у діапазонах одного систем.

Дані занесіть до таблиці.

За даними вимірів обчисліть довжини хвиль

Порівняйте отримані результати з табличним значеннямдовжина хвилі видимої частини спектра.

Проведіть досвід з іншими дифракційними гратами та порівняйте отримані результати між собою та табличними.

Щоб уникнути пошкодження очей, категорично забороняється спрямовувати промінь лазера на обличчя людини.

Контрольне питання:

Чим відрізняється дифракційний спектр дисперсійного.

Епіграф:

"Один досвід я ставлю вище, ніж тисячу думок, народжених тільки уявою".
М. Ломоносов.

Завдання уроку:

1. Розвиток здібностей.
   Вміння використовувати вивчений матеріал для вирішення розрахункових та практичних завдань. Вміти застосовувати математичні знаннядо фізичних законів.
2. Формування пріоритетів.
   Білий світмає складну структурузнаючи яку можна пояснити різноманіття фарб у природі. За допомогою дифракційної решітки або призми біле світло можна розкласти у спектр, який складається із семи основних кольорів: червоного, оранжевого, жовтого, зеленого, блакитного, синього, фіолетового.
3. Розумна поведінка у навколишньому середовищі.
   Поза нами в природі немає жодних фарб, є лише хвилі різної довжини. Око – складний оптичний прилад, здатний виявляти різницю у кольорі, якому відповідає незначна (близько 10-6 див) різниця у довжині світлових хвиль.

Очікувані результати:

1. Формування в учнів навичок роботи з вивченими формулами, навичок виконання практичних робіт.
2. Використати математичні знання для розрахунків результату експериментального завдання.
3. Вміння та навички роботи учнів з додатковою та довідковою літературою.

1. Застосування вивченого матеріалу для виконання тестового завдання
2. Перегляд в/фрагменту «Дифракція Фраунгофера», фронтальна бесідапо даному матеріалу(Питання записані на дошці).
3. Робота на дошці. Розв'язання задачі № 2405 зі збірки задач з фізики Г.М.Степанової.
4. Виконання експериментальної роботина тему «Визначення довжини світлової хвилі (для зазначеного кольору) за допомогою дифракційної решітки».
5. Робота з довідником з фізики та техніки А.С.Єноховича. Порівняння отриманих результатів із даними довідника та узагальнення результатів досвіду.
6. Підбиття підсумків уроку. Завдання диференційованого домашнього завдання.

Цілі уроку:

• Освітні : Повторити формули, вивчені на попередніх уроках, застосовувати математичні знання для вирішення розрахункових завдань Використовувати вивчений матеріал під час вирішення завдань та виконання експериментальних робіт визначення довжини світлової хвилі з допомогою дифракційної решітки.
• Розвиваючі: Розвивати пізнавальний інтересучнів, вміння логічно мислити та узагальнювати. Розвивати мотиви вчення та інтерес до фізики та математики. Розвивати вміння бачити зв'язок між фізикою та математикою. Удосконалювати вміння учнів виділяти головне, аналізувати умови завдання, розвивати культуру усного та писемного мовлення.
• Виховні Виховувати любов до учнівської праці, наполегливість у досягненні поставленої мети, уміння працювати у парах. Виховувати культуру математичних розрахунків. Взаємоповагу.

Хід уроку.

1. Повторення та узагальнення вивченого матеріалу

Біле світло має складну структуру, знаючи яку можна пояснити різноманіття фарб у природі. За допомогою дифракційної решітки або призми біле світло можна розкласти у спектр, який складається із семи основних кольорів: червоного, оранжевого, жовтого, зеленого, блакитного, синього, фіолетового. Поза нами в природі немає жодних фарб, є лише хвилі різної довжини. Око – складний оптичний прилад, здатний виявляти різницю у кольорі, якому відповідає незначна (близько 10-6 див) різниця у довжині світлових хвиль. На попередніх уроках ми познайомилися із властивостями світлових хвиль: інтерференцією, дисперсією, дифракцією, поляризацією.

Сьогодні ми узагальнимо отримані знання на практиці. Але спочатку ми згадаємо матеріал минулого уроку, на якому ми познайомилися з пристроєм та принципом дії оптичного приладу – дифракційні грати.

2. Презентація на тему: «Дифракційні грати».

На явищі дифракції засновано пристрій дифракційної решітки, яка є сукупністю великої кількості дуже вузьких щілин, розділених непрозорими проміжками. ( Додаток 1, слайд 2)

Ширина прозорих щілин дорівнює а, а ширина непрозорих щілин дорівнює b.

а +b =d,d –період дифракційної решітки.

Розглянемо елементарну теорію дифракційних ґрат. Нехай на ґрати падає плоска монохроматична хвиля завдовжки λ. (Додаток 1, слайд 3).
Вторинні джерела у щілинах створюють світлові хвилі, що розповсюджуються по всіх напрямках.

Знайдемо умову, за якої хвилі, що йдуть від щілин, посилюють один одного. Розглянемо для цього хвилі, що розповсюджуються у напрямку, що визначається кутом φ.
Різниця ходу між хвилями від країв сусідніх щілин дорівнює довжині відрізка АС . Якщо на цьому відрізку укладається ціла кількість довжин хвиль, то хвилі від усіх щілин, складаючись, посилюватимуть один одного. З трикутника АВСможна знайти довжину катета АС:
АС = АВsinφ.

Максимуми спостерігатимуться під кутом φ , що визначається умовою

d *sinφ =k * λ

Потрібно мати на увазі, що при виконанні даної умовипосилюються хвилі, що йдуть від усіх інших точок щілин. Кожній точці першої щілини відповідає точка другої щілини, що знаходиться від першої точки на відстані d. Тому різниця ходу випущених цими точками вторинних хвиль дорівнює k * λ, і це хвилі взаємно посилюються.
За решіткою поміщають лінзу, що збирає, і за нею екран на фокусній відстані від лінзи. Лінза фокусує промені, що йдуть паралельно, в одній точці, У цій точці відбувається складання хвиль та їх взаємне посилення. Кути φ , які відповідають умові, визначають положення максимумів на екрані.

Так як положення максимумів (крім центрального, відповідного k = 0) Залежить від довжини хвилі, то грати розкладає біле світло в спектр (спектри другого і третього порядків перекриваються). Чим більше λ , тим далі розташовується той чи інший максимум, що відповідає даній довжині хвилі, від центрального максимуму. Кожному значенню відповідає свій спектр. Між максимумами розташовані мінімуми освітленості. Чим більше числощілин, тим паче різко окреслені максимуми і більше широкими мінімумами вони поділені. (Додаток 1, слайд 4) Світлова енергія, що падає на ґрати, перерозподіляється нею так, що більша її частина припадає на максимуми, а в мінімуми потрапляє незначна частина енергії.
За допомогою дифракційної решітки можна проводити дуже точні виміридовжина хвилі. Якщо період решітки відомий, то визначення довжини хвилі зводиться до вимірювання кута φ , відповідного напрямку на максимум. (Додаток 1, слайд 5)

d * sin φ =k * λ

λ = , т.к. кути малі, то sin φ = tg φ

tg φ = , тоді λ = ,

Прикладами дифракційних решіток можуть служити: наші вії з проміжками між ними є грубими дифракційними гратами.(Додаток 1, слайд 6) Тому, якщо подивитися, примруживши, на яскраве джерело світла, то можна виявити райдужні кольори. Біле світло розкладається у спектр при дифракції навколо вій. Лазерний диск з борозенками, що проходять близько один від одного, подібний до відбивних дифракційних ґрат. Якщо ви подивіться на відбите ним світло від електричної лампочки, то виявите розкладання світла у спектр. Можна спостерігати кілька спектрів, що відповідають різним значенням k. Картина буде дуже чіткою, якщо світло від лампочки падає на платівку під великим кутом.

3. Виконання тестового завдання.

I варіант.

1. 
   А.ν 1 = ν 2
   Б. Δφ = 0
   Ст.Δφ = const
   р.ν 1 = ν 2 , Δφ = const
2. λ ℓ 1 і ℓ 2 від точки М. ( Малюнок 1) У точці М спостерігається:
   А.Максимум;
   Б.Мінімум;
   Ст.Відповідь неоднозначна;
   Г.
3. n 1 n 2. Яке співвідношення між n 1і n 2?
   А. n 1< n 2
   Б. n 1 = n 2
   Ст. n 1 > n 2
   Г. відповідь неоднозначна
4. d λ φ , під якою спостерігається перший головний максимум?
   А. sinφ =λ/d
   Б. sinφ =d/λ
   Ст. cos φ= λ/d
   З. cos φ= d/λ
5. 
   А.
   Б.Дифракцію звукових хвиль, т.к . λзв.>> λсв
   Ст. λзв.<< λсв .
   р.
6. 
   А. а
   Б. б
   У. або а або б залежно від розміру диска.

IІ варіант.

1. Світлові хвилі є когерентними, якщо:
   А.ν1 = ν2 , Δφ = const Б.ν1 = ν2 Ст. Δφ = 0 Г. Δφ = const
2. Два когерентні джерела з довжиною хвилі λ розташовані на різних відстанях ℓ1 і ℓ2 від точки М. ( Малюнок 2) У точці М спостерігається: А.Максимум; Б.Мінімум; Ст.Відповідь неоднозначна; Г. Серед відповідей А-В немає правильної.
3. Для «просвітлення» оптики на поверхню скла з показником заломлення n1наносять тонку прозору плівку з показником заломлення. n2. Яке співвідношення між n1і n2?
   А. n1 = n2 Б. n1 > n2 Ст. n1< n2 Г. відповідь неоднозначна
4. Дифракційні грати з періодом dосвітлюється нормально падаючим світловим пучком із довжиною хвилі λ . Який із наведених нижче виразів визначає кут φ , під якою спостерігається другий головний максимум? А. sinφ = 2λ/d Б. sinφ =d/2λ Ст. cos φ= 2λ/d З. cos φ= d/2λ
5. Що в повсякденному життілегше спостерігати: дифракцію звукових чи світлових хвиль?
   А.Дифракцію світлових хвиль, т.к. λзв.<< λсв .
   Б.Дифракція світлових хвиль, у зв'язку з особливістю організму зору – очі.
   Ст.Дифракцію звукових хвиль, т.к. вони поздовжні, а світлові хвилі поперечні.
   р.Дифракцію звукових хвиль, т.к . λзв.>> λсв
   
6. При освітленні білим монохроматичним світлом диска малих розмірів на екрані спостерігається дифракційна картина. У центрі дифракційної картини спостерігається: а. біла пляма; б. темна пляма.
   А. а Б. б У. або а або б залежно від радіусу отвору.

Перегляд в/фрагменту "Дифракція Фраунгофера".

Запитання до цього матеріалу:

1. Що являє собою дифракційна решітка?
   Відповідь: Дифракційна решітка є сукупністю великої кількості дуже вузьких щілин, розділених непрозорими проміжками.
2. Чим відрізняються спектри, які дають призма від дифракційних спектрів?
   Відповідь: Дифракційні грати та призма - спектральні прилади – аналізатори спектру. Спектр, отриманий з допомогою призми, сильніше розтягнутий у короткохвильовій частині, а довгохвильової стиснутий, т.к. призма сильніше відхиляє фіолетові промені. Дифракційні грати сильніше відхиляють червоні промені, спектр майже рівномірний.
3. Від чого залежить кутова відстань між максимумами в дифракційному спектрі?
   Відповідь: Кутова відстань між максимумами в спектрі дифракційного залежить від постійної дифракційної решітки. Чим менша постійна дифракційної решітки, тим більша кутова відстань між спектрами.
4. Чим визначається роздільна здатність приладу?
   Відповідь: Різкість спектральних ліній зростає зі збільшенням числа щілин, що більше число щілин, то ширше спектр, цим визначається роздільна здатність приладу.
5. Які грати називають відбивними?
   Відповідь: З кінця минулого століття широке розповсюдженняотримали відбивні грати. У таких ґратах на 1мм доводиться до кількох тисяч штрихів. Чим більше штрихів на 1 мм тим більша кутова ширина спектра.
6. Які різновиди ґрат вам відомі?
   Відповідь: Ешелон Майкельсона – дифракція на краях сходів;
   Увігнуті сферичні грати – служить фокусуючим дзеркалом без об'єктива;
   Схрещені дифракційні грати - утворюють 2-мірну дифракційну структуру, що розкладає спектр по двох координатах;
   Неупорядкована структура (запилене вікно) – утворює райдужні кільця;
   Вії людини з проміжками між ними утворюють грубі дифракційні грати.
7. Назвіть оптичні прилади, у яких використовуються дифракційні ґрати та в яких галузях науки вони застосовуються?
   Відповідь: Дифракційні грати використовуються в спектроскопах, спектрографах, спеціальних мікроскопах, в астрономії, фізиці, хімії, біології, техніки, для вивчення спектрів поглинання та відображення речовин, для вивчення оптичних властивостей різних матеріалів, на виробництві щодо експрес – аналізу різних речовин.

Безліч вузьких щілин на невеликій відстані один від одного утворює чудовий оптичний прилад – дифракційні грати. Ґрати розвертають світло в спектр і дозволяють дуже точно виміряти довжину світлової хвилі.

Перш ніж перейти до виконання експериментальної роботи вирішимо задачу на визначення довжини хвилі за допомогою дифракційної решітки і повторимо формулу для визначення умови, при якому хвилі, що йдуть від щілин, посилюють один одного.

Рішення завдання. Робота на дошці.

№ 2405 - З.

За допомогою дифракційних грат з періодом 0,02 мм отримано перше дифракційне зображення на відстані 3,6 см від центрального максимуму і на відстані 1,8 м від решітки. Знайдіть довжину світлової хвилі.

4. Виконання експериментального завдання. Робота у групах.

Тема: « Визначення довжини світлової хвилі за допомогою дифракційних ґрат».

Експериментальне завдання: за допомогою установки, зображеної на малюнку 3, визначте довжину хвилі (зазначеного кольору).

Зверніть увагу на малюнок (Додаток 1, слайд 7). Решітка встановлюється у тримачі 2, який прикріплений до кінця лінійки 1. На лінійці розташований чорний екран 3 з вертикальною вузькою щілиною посередині. На екрані та лінійці є міліметрові шкали. Уся установка кріпиться на штатив.

Порядок виконання роботи:

1. Відсуньте шкалу з прицільною щілиною на максимально можлива відстаньвід дифракційної ґрати. ( Додаток 2).
2. Направте вісь приладу на лампу із прямою ниткою розжарення. (при цьому нитка розжарення лампи повинна бути видна крізь вузьку прицільну нитку щитка. Уважно подивіться спочатку ліворуч, а потім праворуч від щілини. У цьому випадку праворуч і ліворуч від щілини, на чорному тлі над шкалою, буде видно дифракційні картини (спектри)).
3. Не рухаючи приладу, за шкалою визначте положення середин кольорових смуг зі спектрами першого порядку. Результати запишіть до таблиці.
4. За даними вимірів обчисліть довжину хвилі. Порівняйте її зі значенням довжини хвилі цього кольору світла, даної в довіднику. Зробіть висновок.

d * sin φ =k * λ

λ = d * sin φ/k, т.к. кути малі, то sin φ = tg φ

tg φ = , тоді λ =

Таблиця результатів:

Отже, на сьогоднішньому уроці ми ще раз повторили властивості світлових хвиль, провели практичне визначеннядовжини світлової хвилі за допомогою оптичного приладу - дифракційної решітки, порівняли отримані дані з довідковими результатами,

Все це дозволило нам зробити висновок про те, що дифракційні грати з великою точністюдозволяє визначити довжину світлової хвилі.

Використовувана література.

1. Фізика: Навч. Для 11 кл. загальноосвіт. установ/Г.Я.Мякішев, Б.Б. Бухівці. - 12-е вид. - М: Просвітництво, 2004.
2. Фізика: Навч. Для 11 кл. загальноосвіт. установ/ Н.М.Шахмаєв, С.Н.Шахмаєв, Д.Ш.Шодієв-М: Просвітництво, 2000.
3. Хвильова оптика: навчальний посібник. - М.: Дрофа, 2003.
4. Шкільний курсфізики: тести та завдання. - М.: Школа-Прес, 1996.
5. Довідник з фізики та техніки: Навч. Посібник учнів – М.: Просвітництво, 1989.
6. Збірник завдань із фізики для 10-11 класу, авт. Г.Н.Степанова - М.: Просвітництво, 2001.