Matlamat kerja: kajian tentang fenomena pembelauan dan penentuan panjang gelombang cahaya.
Maklumat teori.
Belauan gelombang ialah fenomena herotan muka gelombang apabila gelombang merambat dalam medium yang tidak homogen secara mendadak. Khususnya, pembelauan ialah kemasukan gelombang ke kawasan bayang-bayang geometri, dan lenturan di sekeliling halangan, dan penyerakan gelombang oleh atom. kekisi kristal, Dan keseluruhan baris fenomena lain. Semasa pembelauan, superposisi gelombang bertaburan semestinya berlaku dan, sebagai peraturan, pengagihan semula tenaga gelombang dalam ruang berlaku, i.e. pembelauan tidak dapat dipisahkan daripada gangguan.
Corak difraksi boleh dikira menggunakan Prinsip Huygens-Fresnel: setiap titik hadapan gelombang ialah sumber gelombang sekunder, sampulnya memberikan kedudukan hadapan gelombang pada bila-bila masa berikutnya, dan ayunan terhasil pada mana-mana titik di hadapan hadapan gelombang adalah superposisi ayunan yang datang dari semua titik hadapan gelombang.
Sebagai contoh, apabila gelombang satah difraksi oleh celah (Rajah 1), gelombang bertaburan dengan keamatan yang berbeza dalam semua arah; kanta mengumpul gelombang sekunder selari ke satu titik pada skrin yang terletak di satah fokus kanta, di mana ia mengganggu. Menggunakan kaedah zon Fresnel, ia boleh ditunjukkan bahawa dalam arah yang memuaskan keadaan 
(1)
di mana m = 1, 2, 3,...., keamatan cahaya akan menjadi minimum.
Jika tidak ada satu celah, tetapi N, maka pada setiap celah gelombang membeza dengan cara yang sama, dan corak pembelauan adalah hasil daripada gangguan N rasuk koheren.
Biarkan gelombang satah lazimnya berlaku pada skrin di mana N celah selari lebar a setiap satunya dipotong. Jarak antara slot b. Magnitud 
dipanggil tempoh struktur.
Seperti yang dapat dilihat daripada Rajah 2, perbezaan laluan antara dua rasuk bersebelahan 
(2)
di mana ialah sudut pembelauan. Pada titik-titik skrin di mana semua rasuk N tiba dalam fasa yang sama, ia akan saling menguatkan, dan di tempat-tempat ini apa yang dipanggil maksima pencahayaan utama akan diperhatikan. Oleh itu, maksima utama akan sepadan dengan sudut pembelauan yang mana perbezaan laluan adalah sama dengan nombor integer panjang gelombang, i.e.
, (3)
di mana m = 0, 1, 2, 3,....
Amplitud ayunan dalam maksima utama ialah N kali, dan keamatan (pencahayaan) N 2 kali lebih besar daripada dari satu celah.
Maksima sisi kecil yang ditunjukkan dalam Rajah 2 mempunyai keamatan lebih daripada 20 kali lebih rendah daripada yang utama, dan oleh itu tidak menarik. Perlu diingat bahawa dalam arahan yang ditentukan oleh formula (1), tidak ada satu celah yang menghantar pancaran cahaya, dan, akibatnya, sistem celah juga tidak. Tetapi sebagai tambahan kepada minima pembelauan ini, banyak yang lain akan diperhatikan, dipisahkan oleh maksima sisi, tetapi mereka juga tidak penting. Pada N>100, corak difraksi sebenarnya terdiri daripada jalur cahaya sempit - maksima utama, dipisahkan oleh ruang gelap. Taburan keamatan cahaya monokromatik apabila ia menerangi sistem Kuantiti yang besar Jurang secara kualitatif ditunjukkan dalam Rajah 3.
Peranti spektrum yang terdiri daripada plat kaca atau logam dengan garisan dicetak di atasnya dan beroperasi mengikut prinsip yang diterangkan di atas dipanggil kisi pembelauan.
Formula (3) dipanggil formula parut difraksi. Apabila parut diterangi dengan cahaya putih atau cahaya bukan monokromatik lain, ia terurai menjadi spektrum, kerana Setiap panjang gelombang sepadan dengan kedudukan maksima tertentu pada skrin. Sebagai contoh, corak pembelauan yang diperhatikan apabila parut diterangi dengan cahaya putih mempunyai bentuk yang ditunjukkan dalam Rajah 4.
Jeriji moden terbaik mempunyai 1200 garisan setiap milimeter, i.e. 
µm, pada jumlah nombor slot (lejang) N=200000. Panjang kekisi sedemikian ialah 20 cm, dan panjangnya spektrum yang boleh dilihat kira-kira 70 cm, dan hanya urutan pertama diperhatikan.
Kisi pembelauan digunakan untuk mengkaji spektrum.
Gambar rajah pemasangan
U 
Persediaan untuk memerhati corak pembelauan terdiri daripada batang kayu di mana jeriji difraksi dipasang. Perisai dengan slot sempit dan pembaris dengan skala milimeter bergerak di sepanjang rel. Peranan kanta dilakukan oleh kanta mata XP. Imej jurang terbentuk pada retina mata SG dan diperhatikan dengan latar belakang skala milimeter. Dimensi bola mata dan jarak dari mata ke parut boleh diabaikan berbanding dengan jarak dari celah ke parut L. Celah itu diterangi oleh mentol lampu elektrik L. Jika anda melihat celah yang diterangi melalui sebuah grating pembelauan, maka sebagai tambahan kepada imej pusat celah dalam cahaya putih pada kedua-dua belah kelihatan simetri pelangi imej RI (spektra). Sudut pembelauan ditentukan oleh kedudukan maksimum pembelauan pada skala milimeter.
daripada binaan geometri sudah jelas bahawa 
,
di mana
l –
jarak dari imej tengah celah (m = 0) ke salah satu imej sisi; L ialah jarak dari jeriji ke slot. Mempertimbangkan itu 
untuk sudut pembelauan kecil, kita perolehi
(4)
Menggunakan formula (3) dan (4), kami memperoleh ungkapan untuk mengira panjang gelombang λ, di mana semua kuantiti mudah diukur pada pemasangan: 
(5)
Arahan kerja
1. Sambungkan unit ke rangkaian.
2. Dengan mata anda dekat dengan parut pembelauan, halakan peranti pada sumber cahaya supaya anda boleh melihat pada kedua-dua belah celah pada perisai spektrum pembelauan pesanan pertama dan kedua.
3. Ukur jarak L – dari perisai ke jeriji difraksi.
4. Ukur jarak l– dari tengah maksimum pusat ke tengah maksimum tertib pertama daripada warna biru.
5. Menggunakan formula (5), hitung panjang gelombang cahaya biru.
6. Lakukan eksperimen untuk urutan kedua biru. Masukkan data yang diperoleh ke dalam jadual.
7. Ambil ukuran yang sama untuk warna kuning, hijau dan merah seperti yang diarahkan oleh guru.
8. Kira sisihan daripada min 
dan letak dalam meja.
l cm | <>, nm | ||||
Soalan kawalan.
1. Apakah pembelauan? Dalam apa fenomena tertentu adakah ia muncul?
2. Bagaimanakah prinsip Huygens-Fresnel dirumuskan?
3. Apakah maksima utama? Bagaimana mereka timbul?
4. Apakah minima pembelauan? Apakah sifat mereka?
5. Apakah yang berlaku kepada corak difraksi apabila bilangan celah N bertambah? (Terangkan secara grafik).
6. Apakah kisi pembelauan? Bagaimana ia dibuat?
7. Bagaimana untuk menulis dan menerangkan formula maksima utama (formula parut pembelauan)?
8. Apakah gambar yang diperhatikan pada skrin apabila jeriji diterangi dengan cahaya putih, cahaya lampu merkuri?
9. Bermula dari susunan m apakah spektrum pembelauan bertindih? cahaya nampak?
10. Apakah peranan kanta teleskop dalam pembentukan corak difraksi? Bolehkah kanta digantikan dengan mata?
11. Pada jarak berapakah dari kanta teleskop perlu dipasang skrin untuk memerhati corak pembelauan?
12. Apakah kegunaan pembelauan dalam sains dan teknologi?
13. Terangkan rupa jalur putih di tengah-tengah corak pembelauan apabila diterangi dengan cahaya putih.
14. Apakah susunan warna dalam spektrum pembelauan?
kesusasteraan.
1. Savelyev I.V. Kursus fizik. T.2 - M., Nauka, 1989. Par. 90,91,93,94.
2. Butikov E.I. Optik. - M.5 Sekolah siswazah, 1986. Par. 6.1, 6.3,6.5.
Kerja makmal No. 33
1. Apakah prinsip Huygens-Fresnel?
2. Apakah gelombang yang dipanggil koheren?
3. Apakah yang dipanggil pembelauan cahaya? Bagaimanakah fenomena ini dijelaskan?
4. Apakah susunan warna dalam spektrum pembelauan? Apakah warna maksimum sifar?
5. Apakah perbezaan antara spektrum pembelauan yang dihasilkan oleh parut dengan bilangan celah yang sama, tetapi dengan pemalar yang berbeza, dan parut dengan pemalar yang sama, tetapi dengan jumlah yang berbeza-beza retak?
6. Bagaimanakah kesan jeriji pembelauan akan berubah jika ia diletakkan di dalam air?
7. Bagaimana untuk menerangkan pembentukan spektrum pembelauan daripada satu celah pada skrin daripada sinaran yang melalui celah? Apakah yang menentukan taburan keamatan di tengah skrin?
8. Kisi pembelauan satu dimensi. Bagaimanakah pembentukan corak pembelauan pada skrin dijelaskan? Pada titik manakah maksimum intensiti diperhatikan, di mana minima, dan mengapa?
9. Bagaimanakah corak pembelauan berbeza apabila jeriji diterangi dengan cahaya monokromatik dan cahaya putih? Bagaimana untuk menerangkan fenomena ini?
10. Apakah gangguan cahaya? Adakah fenomena ini terlibat dalam pembentukan spektrum pembelauan pada celah atau parut?
11. Cahaya putih biasanya berlaku pada kisi pembelauan satu dimensi yang mengandungi 100 celah setiap 1 mm. Bagaimanakah keamatan cahaya akan diedarkan pada skrin? Berapa banyak rendah tambahan yang terdapat pada skrin antara dua tertinggi utama? Apakah syarat untuk pembentukan maksima major dan minima major?
12. Cahaya putih biasanya jatuh pada kisi pembelauan dan seterusnya kanta nipis diameter lebih besar. Bagaimana untuk menerangkan corak yang terbentuk pada skrin apabila cahaya melalui kanta dan kisi difraksi?
13. Apakah panjang gelombang cahaya boleh dilihat? Adakah mereka terdedah kepada penyebaran?
14. Apakah yang bergantung kepada lebar jalur spektrum pembelauan? Apakah yang diperhatikan pada skrin jika lebar celah lebih besar daripada panjang gelombang l? Bagaimanakah fenomena ini dijelaskan?
15. Apakah serakan linear dan sudut bagi jeriji difraksi?
16. Apakah kuasa penyelesaian bagi jeriji difraksi?
17. Berikan satu contoh corak pembelauan yang diperoleh untuk dua garis spektrum menggunakan grating yang berbeza dalam resolusi dan penyebaran linear.
Kerja makmal No. 4
Kajian ciri voltan semasa bagi fotosel
4.1. Matlamat dan objektif kerja
Objektif:
– Memperkenalkan pelajar kepada pengajian undang-undang kesan fotoelektrik luaran.
Objektif kerja:
– Kajian ciri-ciri voltan semasa bagi fotosel.
– Penentuan ralat pengukuran.
4.2. Bahagian teori
4.2.1. Kesan foto
Sebilangan besar pemasangan industri dan makmal moden untuk mengukur, memantau dan mengawal selia pelbagai fizikal dan proses teknologi adalah berdasarkan penggunaan unsur sensitif cahaya - fotosel.
Digunakan dalam fotosel fenomena elektrik, timbul dalam logam dan semikonduktor di bawah pengaruh kejadian cahaya pada permukaannya. Fenomena ini dipanggil kesan fotoelektrik dan terdiri daripada fakta bahawa elektron yang terletak di dalam konduktor menerima tenaga tambahan daripada fluks bercahaya.
Pada masa ini, tiga jenis kesan fotoelektrik diketahui:
1. Kesan fotoelektrik luaran ialah pelepasan fotoelektron daripada permukaan logam.
2. Kesan foto dalaman, yang terdiri daripada perubahan rintangan elektrik beberapa semikonduktor di bawah pengaruh cahaya.
3. Kesan fotoelektrik injap, akibatnya timbul perbezaan potensi antara lapisan dua bahan dengan sifat kekonduksian elektrik yang berbeza.
Menurut tiga jenis kesan fotoelektrik yang dinamakan, tiga jenis fotosel dibezakan: fotosel dengan kesan foto luaran, fotoresistor dengan kesan foto dalaman, dan fotosel injap.
Pada tahun 1890, tiga undang-undang untuk kesan fotoelektrik luaran telah dirumuskan:
1. Pada frekuensi tetap cahaya kejadian, bilangan fotoelektron yang dipancarkan oleh fotokatod setiap unit masa adalah berkadar dengan keamatan cahaya (kekuatan arus foto tepu adalah berkadar dengan sinaran katod).
2. Maksimum kelajuan permulaan(maksimum permulaan tenaga kinetik) fotoelektron tidak bergantung pada keamatan cahaya kejadian, tetapi hanya ditentukan oleh frekuensinya n.
3. Bagi setiap bahan terdapat had merah bagi kesan fotoelektrik (bergantung kepada sifat kimia bahan dan keadaan permukaannya) ialah kekerapan minimum cahaya di bawahnya yang mana kesan fotoelektrik adalah mustahil.
Untuk menerangkan mekanisme kesan fotoelektrik, Einstein mencadangkan bahawa cahaya dengan frekuensi n bukan sahaja dipancarkan oleh quanta individu (mengikut hipotesis Planck), tetapi juga merambat di angkasa dan diserap oleh jirim dalam bahagian individu (quanta), tenaga iaitu .
Quanta radiasi elektromagnetik, bergerak mengikut kelajuan cahaya Dengan dalam vakum dipanggil foton.
Tenaga foton kejadian dibelanjakan untuk elektron melakukan kerja meninggalkan logam dan untuk memberikan tenaga kinetik kepada elektron yang dipancarkan.
Persamaan Einstein untuk kesan fotoelektrik luaran:
.
Persamaan ini menerangkan pergantungan tenaga kinetik fotoelektron pada kekerapan cahaya tuju. Kekerapan mengehadkan (atau panjang gelombang) di mana tenaga kinetik fotoelektron menjadi sifar ialah had merah kesan fotoelektrik.
Terdapat satu lagi bentuk penulisan persamaan Einstein untuk kesan fotoelektrik:
.
4.2.2. Fotosel dengan kesan foto luaran
Fotosel dengan kesan fotoelektrik luaran ialah diod di mana pelepasan elektron daripada katod berlaku di bawah pengaruh kejadian fluks cahaya padanya.
Struktur fotosel ditunjukkan dalam Rajah. 10. Terdapat dua elektrod dalam bekas kaca tertutup rapat - katod 1 dan anod 2. Fotokatod dibuat dengan menggunakan bahan fotosensitif pada permukaan dalam mentol kaca fotosel supaya lapisan fotosensitif menghadap bahagian dalam mentol. Cesium paling kerap digunakan sebagai bahan fotosensitif. Anod fotosel dibuat dalam bentuk cincin kecil (atau mesh), yang dipasang pada kaki di pangkalan. Dengan bentuk ini, anod tidak menghalang sinaran cahaya daripada sampai ke katod.
Fotosel dengan kesan fotoelektrik luaran dihasilkan dalam dua jenis: vakum dan berisi gas. Dalam fotosel vakum, udara dipam keluar ke vakum yang dalam. Bagi yang berisi gas, selepas mengepam keluar udara, kelalang diisi gas lengai(argon, helium) kepada tekanan tertib 0.01 - 1 mm. rt. Seni.
Untuk mengkaji pergantungan kekuatan arus foto pada pencahayaan dan voltan pada elektrod, litar yang ditunjukkan dalam Rajah 1 dipasang. 11. Fotosel ditunjukkan dalam bentuk yang sesuai untuk pembentangan. Pencahayaan katod berubah dengan menukar jarak antara dan fotosel. Apabila jarak sumber cahaya bertambah, pencahayaan berubah mengikut undang-undang:
di mana J– keamatan cahaya sumber, r– jarak antara sumber cahaya dan fotosel.
Apabila anda mendekati sumber, pencahayaan meningkat mengikut undang-undang:
untuk mana makna yang berbeza kepelbagaian pencahayaan E, 2E, 3E, ... jarak antara sumber cahaya dan fotosel akan sama dengan 
….
|
nasi. 11. Gambar rajah pemasangan |
4.3. Peranti danaksesori:
– Peranti makmal – 1 pc.
– Wayar – 2 pcs.
– Bekalan kuasa – 1 pc.
4.4. Arahan kerja
1. Sambungkan sumber kuasa ke peranti. Hidupkan sumber kuasa, peranti dan fotosel menggunakan suis.
2. Letakkan sumber cahaya pada jarak r daripada fotosel.
3. Ukur kekuatan arus foto dengan menukar voltan daripada 0 V kepada 7 V pada selang 1 V.
4. Ulang langkah 3 untuk jarak dari sumber cahaya ke fotosel sama dengan , https://pandia.ru/text/78/242/images/image069_4.gif" width="17" height="53 src="> . Hasil pengukuran dimasukkan dalam jadual 7.
5. Menggunakan data berangka dalam jadual, plot pada satu graf pergantungan kekuatan arus foto pada voltan di bawah pencahayaan yang berbeza.
Jadual 7. Ciri-ciri voltan semasa bagi fotosel
saya, µA | ||||||||||
4.5. Soalan kawalan
1. Bagaimanakah fotosel dengan kesan foto luaran berfungsi?
2. Merumuskan undang-undang kesan fotoelektrik.
3. Apakah yang dipanggil arus tepu bagi fotosel?
4. Pada frekuensi cahaya kejadian apakah kesan fotoelektrik diperhatikan? Apakah sempadan merah kesan fotoelektrik?
5. Mengapakah arus foto bertambah dengan peningkatan pencahayaan foto pada voltan yang sama pada sentuhan fotosel?
6. Dengan undang-undang apakah pencahayaan fotosel meningkat apabila ia menghampiri sumber cahaya?
7. Bagaimanakah peningkatan dalam arus foto dijelaskan apabila voltan pada sentuhan fotosel meningkat dengan pencahayaan berterusan?
8. Lakarkan fotosel dengan kesan fotoelektrik luaran, namakan unsurnya dan terangkan prinsip operasi
9. Berdasarkan ciri voltan arus yang dibina bagi fotosel, terangkan konsep kawasan tepu.
10. Bagaimanakah arus keluaran bergantung kepada pencahayaan fotosel? Terangkan pergantungan ini.
11. Bagaimanakah undang-undang kesan fotoelektrik luaran dirumuskan?
12. Adakah undang-undang kesan fotoelektrik disahkan dalam kerja ini?
13. Tulis formula Einstein untuk kesan fotoelektrik luaran dan analisisnya. Komponen formula Einstein yang manakah disahkan oleh kerja makmal yang dilakukan?
14. Apakah voltan yang dipanggil voltan pencucuhan, apakah ia bergantung kepada?
Kerja makmal No. 5
Kajian polarisasi cahaya
5.1. Matlamat dan objektif kerja
Objektif:
– Memperkenalkan pelajar kepada fenomena polarisasi cahaya.
Objektif kerja:
– Tentukan indeks biasan kaca menggunakan sudut Brewster.
– Sahkan secara eksperimen kesahihan undang-undang Malus.
– Tentukan corak semasa memerhatikan birefringence pada kristal spar Iceland.
5.2. Bahagian teori
5.2.1. Polarisasi cahaya
Seperti yang diketahui, elektromagnet rata gelombang cahaya adalah melintang dan mewakili perambatan ayunan saling berserenjang: vektor tegangan medan elektrik dan vektor ketegangan medan magnet(Gamb. 12, a)..gif" width="24" height="25 src="> tersirat.
Rasuk cahaya di mana arah vektor yang berbeza dalam satah melintang ke arah perambatan gelombang adalah sama berkemungkinan dipanggil semula jadi. DALAM cahaya semula jadi turun naik pelbagai arah cepat dan rawak menggantikan satu sama lain (Rajah 12, b).
Cahaya di mana arah ayunan vektor disusun dalam beberapa cara dan mematuhi beberapa corak dipanggil polarized..gif" width="20" height="25"> jika hujungnya menggambarkan bulatan atau elips, maka cahaya itu dipanggil terkutub dengan sewajarnya secara membulat atau terkutub eliptik (Rajah 13, b, V). Dengan polarisasi linear, satah yang mengandungi rasuk dan vektor dipanggil satah ayunan atau satah polarisasi gelombang.
Untuk mendapatkan cahaya terpolarisasi linear, peranti optik khas digunakan - polarizer. Satah ayunan vektor elektrik dalam gelombang yang melalui polarizer dipanggil satah polarizer.
Mana-mana polarizer boleh digunakan untuk mengkaji cahaya terpolarisasi, iaitu, sebagai penganalisis. Dalam kes ini, satah getaran cahaya yang dihantar akan bertepatan dengan satah penganalisis. Intensiti saya cahaya terkutub linear selepas melalui penganalisis bergantung pada sudut a, dibentuk oleh satah ayunan kejadian rasuk pada penganalisis dengan satah penganalisis, mengikut undang-undang Malus
,
di mana https://pandia.ru/text/78/242/images/image070_2.gif" width="20" height="25">, berserenjang dengan satah kejadian, sempang adalah getaran dalam satah kejadian. Tahap polarisasi pancaran pantulan bergantung pada indeks biasan relatif dan dari sudut kejadian i. Apabila rasuk jatuh di atas kapal terbang MN Pada sudut Brewster, pancaran pantulan terkutub sepenuhnya. Rasuk terbias terkutub sebahagiannya. Nisbah
dipanggil undang-undang Brewster. Satah ayunan vektor elektrik dalam cahaya pantulan adalah berserenjang dengan satah kejadian (Rajah 14).
Oleh kerana cahaya yang dipantulkan daripada plat dielektrik sebahagiannya (atau bahkan sepenuhnya) terkutub, cahaya yang dihantar juga terkutub separa dan menjadi cahaya bercampur. Ayunan utama vektor elektrik dalam cahaya yang dihantar akan berlaku dalam satah kejadian. Maksimum, tetapi tidak lengkap, polarisasi cahaya yang dihantar dicapai apabila kejadian pada sudut Brewster. Untuk meningkatkan tahap polarisasi cahaya yang dihantar, timbunan plat kaca digunakan, terletak pada sudut Brewster dengan cahaya kejadian. Dalam kes ini, adalah mungkin untuk mendapatkan cahaya yang dihantar terpolarisasi sepenuhnya, kerana setiap pantulan melemahkan getaran yang dihantar, satah serenjang jatuh dalam aspek tertentu.
5.2.3. Pembiasan cahaya dalam hablur biconvex
Sesetengah kristal mempunyai sifat birefringence. Membiaskan dalam kristal sedemikian, pancaran cahaya dibahagikan kepada dua pancaran terkutub linear dengan arah ayunan yang saling berserenjang. Salah satu sinar dipanggil biasa dan ditetapkan oleh huruf O, yang kedua adalah luar biasa dan dilambangkan dengan huruf e.
Sinar biasa memenuhi hukum biasa biasan dan terletak pada satah yang sama dengan sinar tuju dan normal. Untuk sinar luar biasa, nisbah sinus sudut tuju dan pembiasan tidak kekal malar apabila sudut tuju berubah. Di samping itu, rasuk luar biasa, sebagai peraturan, tidak terletak pada satah kejadian dan menyimpang dari rasuk O walaupun dengan kejadian cahaya biasa.
Dengan membelokkan salah satu rasuk ke tepi, anda boleh mendapatkan rasuk terpolarisasi satah. Ini adalah bagaimana, sebagai contoh, prisma polarisasi Nicolas dibina (Rajah 15). Dua muka semula jadi kristal spar Iceland dipotong untuk mengurangkan sudut antara muka kepada 68°. Kemudian kristal itu digergaji menjadi dua bahagian di sepanjang satah BD pada sudut 90° kepada muka baharu. Selepas menggilap, permukaan yang dipotong dilekatkan bersama dengan balsam Kanada yang mempunyai indeks biasan yang memenuhi keadaan 
, di mana dan indeks biasan Iceland spar untuk sinar biasa dan luar biasa.
Jatuh pada sudut yang lebih besar daripada sudut yang menghadkan ke atas satah BD, rasuk biasa mengalami lengkap refleksi dalaman di sempadan spar-balsam..gif" width="77 height=32" height="32">.gif" width="76" height="32 src=">, ukur jumlah pencahayaan. Bina graf 
dan buat kesimpulan.
https://pandia.ru/text/78/242/images/image089.jpg" lebar="406" ketinggian="223 src=">
Kini, bukannya slaid dengan plat kristal, model No. 1 (rasuk) dan No. 2 (plat) dipasang. Sebelum memasang model di laluan sinaran cahaya, polarizer dan penganalisis mesti ditetapkan untuk menyelesaikan kepupusan cahaya (satah penghantaran P-P dan A-A adalah berserenjang). Selamatkan model 1 dalam pemegang (dengan skru pengapit yang telah dilonggarkan) dan dapatkan imejnya pada skrin. Kemudian ketatkan model dengan skru dan lihat perubahan pada imej pada skrin. Model No. 2 (tidak akan dipasang pada pemegang) diuji untuk lenturan dengan cara yang sama. Lukis lukisan dan kesimpulan yang diperlukan untuk tugasan.
Tugasan 3. Kajian tentang fenomena biasan berganda.
https://pandia.ru/text/78/242/images/image091_0.jpg" width="414" height="139 src=">
Letakkan plat kaca selari satah di atas meja putar. Tetapkan skala jadual kepada sifar. Betulkan slot boleh tanggal dalam salah satu pemegang dan gunakan spring pada slot untuk memasang kaca beku.
Sekarang adalah perlu untuk memastikan bahawa permukaan plat kaca adalah berserenjang dengan pancaran cahaya (sudut tuju sinar kemudiannya akan menjadi sama dengan sifar). Untuk melakukan ini, melihat dari atas dari sisi celah dan memutar pentas (bukan skala!) anda perlu memastikan bahawa celah, tengah meja dan imej celah terletak pada garis lurus yang sama. Kemudian, pusingkan plat (bukan meja!) mengikut arah jam, periksa cahaya yang dipantulkan untuk polarisasi linear menggunakan polaroid boleh tanggal (dalam kes ini, mata, bahagian tengah meja dan imej celah harus berada pada garis lurus yang sama. !). Apabila mencapai sesuatu yang tertentu had sudut Cahaya yang dipantulkan X akan hampir dipadamkan sepenuhnya oleh Polaroid. Tulis nilai sudut ini. Selepas mengeluarkan plat kaca daripada meja putar, tentukan indeks biasannya n. Selepas ini, anda perlu membandingkannya dengan indeks biasan n dan membuat kesimpulan.
Soalan kawalan
Apakah jenis cahaya yang dipanggil terkutub?
Terbitkan dan terangkan hukum Malus.
Apakah fenomena biasan berganda?
Rekod separuh gelombang dan suku gelombang.
Prinsip pengendalian prisma Nicolas.
Gangguan sinaran terkutub linear.
Dapatkan dan analisis formula Fresnel.
Bagaimana anda memerhati ketegangan dalaman dalam ketegangan dan mampatan pepejal? Bagaimana ia menampakkan dirinya?
Apakah fenomena biasan berganda, dalam bahan apakah ia wujud, bagaimana anda memerhatikan biasan berganda di tempat kerja?
Apakah yang anda perhatikan apabila anda memutarkan sampel dengan bulatan berbilang lapisan filem yang dipasang di antara polaroid? Jelaskan pemerhatian anda.
Baca juga:
|
Kerja No 3. PEMBEZAAN
Matlamat kerja: belajar untuk mendapatkan corak pembelauan daripada pelbagai objek dalam sinar mencapah, tentukan panjang gelombang cahaya daripada corak pembelauan.
Soalan yang mesti anda tahu
untuk kebenaran melakukan kerja:
1. Apakah fenomena pembelauan cahaya?
2. Prinsip Huygens-Fresnel.
3. Kaedah zon fresnel.
4. Bagaimanakah bilangan zon Fresnel boleh ditentukan oleh jenis corak pembelauan yang diperoleh daripada lubang bulat?
5. Apakah perbezaan antara pembelauan Fraunhofer dan pembelauan Fresnel?
6. Belauan dalam sinar mencapah dan selari daripada skrin bulat dan lubang bulat.
7. Apakah susunan warna dalam spektrum pembelauan? Apakah warna maksimum sifar?
8. Apakah yang dipanggil plat zon?
PENGENALAN
Belauan ialah fenomena pesongan pancaran cahaya daripada perambatan linear atau lenturan cahaya di sekeliling objek legap. Selepas pembelauan, sinar yang menyimpang daripada perambatan lurus boleh bertemu dan bertindih antara satu sama lain, dan kerana ia diperoleh daripada gelombang yang sama, ia adalah koheren (lihat kerja pada gangguan cahaya) dan, oleh itu, membentuk corak gangguan (maksimum berselang-seli dan sinaran). minima). Corak ini dipanggil "corak difraksi." Untuk menganalisis gambar sedemikian, adalah perlu untuk mengetahui amplitud dan fasa gelombang yang dihadapi.
Mari kita pertimbangkan pembelauan dalam rasuk mencapah (pembelauan Fresnel) dan pembelauan dalam rasuk selari (Pembelauan Fraunhofer).
Belauan dalam sinar mencapah dari lubang bulat (Belauan Fresnel)
Amplitud ayunan yang tiba pada satu titik A dari bahagian permukaan gelombang yang berlainan (Rajah 1), bergantung pada jarak ( b) bahagian-bahagian ini ke titik A, magnitud dan sudutnya a antara biasa ke gelombang hadapan dan arah ke titik A. Apabila mencari amplitud ayunan yang terhasil dari semua bahagian, ia juga perlu mengambil kira fakta bahawa fasa ayunan individu mungkin tidak bertepatan, kerana laluan mereka ke titik adalah berbeza. A. Mencari amplitud ayunan, dalam kes am cukup tugas yang susah. Fresnel mencadangkan kaedah mudah, penggunaannya memberikan corak pembelauan yang betul secara kualitatif dalam beberapa kes mudah.
Apabila laluan gelombang berbeza ( – panjang gelombang), ayunan berlaku dalam antifasa dan membatalkan satu sama lain. Fresnel mencadangkan membahagikan hadapan gelombang kepada zon, titik melampau yang menghasilkan ayunan dalam antifasa, zon ini adalah sebahagian daripada permukaan sfera di hadapan gelombang.
Zon Fresnel sedang dibina dengan cara berikut. Zon tengah(Gamb. 1) termasuk semua titik, perbezaan fasa ayunan dari mana pada titik A tidak melebihi hlm(jaraknya ke titik A tiada lagi b 1 = , di mana b– jarak terpendek dari hadapan gelombang ke titik A). Zon kedua bersebelahan (dengan perbezaan strok) mewakili kawasan cincin pada sfera, tertutup di antara titik yang, pada satu tangan, dan 
, di sebelah sana. Jelas sekali, zon berikut juga akan berbentuk bulat, terhad dari luar oleh titik yang mana , di mana k– nombor zon. Ia boleh ditunjukkan bahawa kawasan semua zon adalah lebih kurang sama, dan jejari k zon ke adalah sama dengan
. (1)
Pengiraan amplitud ayunan yang terhasil daripada semua zon Fresnel pada satu titik A mudah untuk dihasilkan pada gambar rajah vektor. Untuk melakukan ini, marilah kita membahagikan setiap zon Fresnel secara mental nombor besar subzon sepusat dengan keluasan yang sama. Kemudian amplitud ayunan keseluruhan subzon boleh diwakili sebagai jumlah vektor asas yang mempunyai anjakan fasa kecil di antara mereka, iaitu, putaran dengan dj, dan vektor asas yang melampau akan dianjakkan mengikut fasa mengikut sudut hlm, iaitu ditujukan kepada sisi bertentangan. Semua vektor asas zon bersama-sama membentuk separuh bulatan, dan amplitud ayunan yang terhasil E 1 daripada satu zon boleh didapati dengan menjumlahkan semua vektor, iaitu ia membentuk vektor yang menghubungkan permulaan dan penghujung rantaian vektor asas (Rajah 2, a).
Begitu juga, anda boleh membuat pembinaan, termasuk zon kedua (Rajah 2, b). Vektor terhasil E 2 ditujukan kepada E 1 dan ke atas nilai mutlak agak kurang E 1 . Keadaan terakhir adalah disebabkan oleh fakta bahawa, walaupun kawasan zon adalah sama, zon kedua condong sedikit berbanding pemerhati pada titik itu. A. Walau bagaimanapun, jumlah amplitud ayunan E 1 + E 2 adalah kecil (Rajah 2, b).
Secara grafik, amplitud getaran boleh dikira dengan menggantikan rantai vektor dengan bahagian bulatan yang sepadan. Rajah 2 (c dan d) menunjukkan binaan sedemikian untuk tiga dan lebih zon hadapan gelombang sfera. Membandingkan kes a dan d, kami perhatikan bahawa amplitud ayunan dari zon Fresnel pertama ialah dua kali (dan keamatan cahaya saya 4 kali, kerana saya » A 2) lebih besar daripada amplitud yang sepadan dari nombor tak terhingga zon
Biarlah ada sumber mata S dan plat legap M dengan lubang bulat (Rajah 3, a). Ia diperlukan untuk menentukan pencahayaan pada satu titik A, berbaring di atas garis lurus yang melalui sumber S melalui tengah lubang. Jelas sekali, lubang itu akan membenarkan hanya sebahagian daripada gelombang sfera melaluinya. Pencahayaan pada satu titik A akan ditentukan oleh tindakan hanya bahagian depan ini, iaitu, hanya dengan zon Fresnel terbuka, yang bilangannya bergantung pada diameter lubang, panjang gelombang dan geometri eksperimen.
Jika bilangan zon terbuka KEPADA walaupun, maka pengiraan grafik keamatan (Rajah 2, b) membawa kepada keamatan yang semakin berkurangan, iaitu pada titik A akan ada kegelapan, dan anehnya KEPADA(Gamb. 2, a, c) pada titik A akan ada pencahayaan maksimum.
Jelas sekali, ia mestilah simetri tentang titik itu A(memandangkan pada titik yang terletak pada jarak yang sama dari pusat, keadaan difraksi akan sama). Lebih-lebih lagi, jika pada satu titik pada paksi kita memerhatikan titik cahaya, maka di sekelilingnya kita akan menemui cincin gelap, di sekelilingnya kita akan melihat cincin cahaya, iaitu corak difraksi terdiri daripada gelang gelap dan terang berselang-seli (bulatan) (Rajah). .3b).
Sudut a, yang mencirikan arah ke arah mana-mana maksimum pembelauan, dipanggil sudut pembelauan (Rajah 3a). Adalah mungkin (walaupun tidak mudah) untuk menunjukkan bahawa arah ke gelang pertama dicirikan oleh sudut (lebih tepat 1.22), di mana d– diameter lubang.
1 | | |
1. Letakkan jeriji pembelauan dengan titik dalam bingkai peranti dan kencangkan pada dirian.
2. Hidupkan sumber cahaya. Melihat melalui jeriji pembelauan, anda boleh melihat spektrum pembelauan yang ketara bagi beberapa susunan pada kedua-dua belah perisai dengan latar belakang hitam. Jika spektrum dicondongkan, putar parut melalui sudut tertentu sehingga kecondongan dihapuskan.
3. Tetapkan skala kepada jarak R daripada parut pembelauan.
4. Masukkan penapis cahaya ke dalam bingkai, bermula dari merah dan menggunakan skala perisai yang dilihat melalui jeriji, tentukan jarak S dari celah ke garisan yang diperhatikan bagi urutan pertama dan kedua. Masukkan keputusan pengukuran dalam Jadual 6.
5. Lakukan langkah 4 untuk sinaran warna yang berbeza dengan memasukkan baki penapis ke dalam bingkai.
6. Lakukan ms. 4 – 5 tiga kali menggerakkan skala pada jarak R 10 – 15 cm.
7. Tentukan panjang gelombang cahaya menggunakan formula (1) untuk semua warna sinar dan masukkannya dalam jadual 6. Kira purata panjang aritmetik bagi setiap gelombang cahaya.
Jadual 6. Panjang gelombang cahaya pelbagai warna
| k | R, mm | S, mm | l, nm | ||||||||||||
| KEPADA | TENTANG | DAN | Z | G | DENGAN | F | KEPADA | TENTANG | DAN | Z | G | DENGAN | F | ||
| Purata panjang gelombang |
Soalan kawalan
1. Apakah prinsip Huygens-Fresnel?
2. Apakah gelombang yang dipanggil koheren?
3. Apakah yang dipanggil pembelauan cahaya? Bagaimanakah fenomena ini dijelaskan?
4. Apakah susunan warna dalam spektrum pembelauan? Apakah warna maksimum sifar?
5. Apakah perbezaan antara spektrum pembelauan yang dihasilkan oleh parut dengan bilangan celah yang sama, tetapi dengan pemalar yang berbeza, dan parut dengan pemalar yang sama, tetapi dengan bilangan celah yang berbeza?
6. Bagaimanakah kesan jeriji pembelauan akan berubah jika ia diletakkan di dalam air?
7. Bagaimana untuk menerangkan pembentukan spektrum pembelauan daripada satu celah pada skrin daripada sinaran yang melalui celah? Apakah yang menentukan taburan keamatan di tengah skrin?
8. Kisi pembelauan satu dimensi. Bagaimanakah pembentukan corak pembelauan pada skrin dijelaskan? Pada titik manakah maksimum intensiti diperhatikan, di mana minima, dan mengapa?
9. Bagaimanakah corak pembelauan berbeza apabila jeriji diterangi dengan cahaya monokromatik dan cahaya putih? Bagaimana untuk menerangkan fenomena ini?
10. Apakah gangguan cahaya? Adakah fenomena ini terlibat dalam pembentukan spektrum pembelauan pada celah atau parut?
11. Cahaya putih biasanya berlaku pada kisi pembelauan satu dimensi yang mengandungi 100 celah setiap 1 mm. Bagaimanakah keamatan cahaya akan diedarkan pada skrin? Berapa banyak rendah tambahan yang terdapat pada skrin antara dua tertinggi utama? Apakah syarat untuk pembentukan maksima major dan minima major?
12. Cahaya putih biasanya jatuh pada kisi pembelauan dan pada kanta nipis dengan diameter yang lebih besar. Bagaimana untuk menerangkan corak yang terbentuk pada skrin apabila cahaya melalui kanta dan kisi difraksi?
13. Apakah panjang gelombang cahaya boleh dilihat? Adakah mereka tertakluk kepada varians?
14. Apakah yang bergantung kepada lebar jalur spektrum pembelauan? Apakah yang diperhatikan pada skrin jika lebar celah lebih besar daripada panjang gelombang l? Bagaimanakah fenomena ini dijelaskan?
15. Apakah serakan linear dan sudut bagi jeriji difraksi?
16. Apakah kuasa penyelesaian bagi jeriji difraksi?
17. Berikan contoh corak pembelauan yang diperoleh untuk dua garis spektrum menggunakan jeriji yang berbeza dalam kuasa penyelesaian dan serakan linear.
diletakkan di atas pinggan kaca rata dengan sisi cembung. Jurang udara terbentuk di antara mereka, ketebalannya meningkat dari tengah ke tepi (Rajah 1).
Jika cahaya monokromatik jatuh pada kanta |
||||
cahaya, kemudian gelombang dipantulkan dari atas dan |
||||
sempadan bawah jurang udara ini, |
||||
akan mengganggu antara satu sama lain, dan perbezaannya |
||||
pukulan di antara mereka akan bergantung pada ketebalan |
||||
jurang udara di tempat ini. | ||||
Dalam tercermin | ||||
gambar berikut diperhatikan: di tengah - |
||||
bintik gelap yang dikelilingi oleh silih berganti |
||||
cahaya sepusat dan | ||||
gangguan | cincin | semakin berkurangan |
||
ketebalan. Dalam cahaya yang dihantar, gambar akan menjadi sebaliknya: tempat di tengah akan menjadi terang, dan semua cincin cahaya akan digantikan dengan yang gelap dan sebaliknya. Corak gangguan apabila menggunakan sumber cahaya konvensional, seperti lampu pijar, biasanya mempunyai saiz kecil(r< 10-3 м), поскольку с увеличением толщины воздушной прослойки ее контрастность падает. Поэтому для обычных источников света при наблюдении используют микроскоп. Это связано с низкой когерентностью обычных источников. Использование лазера позволяет проецировать интерференционную картину на стену и измерять радиусы колец обычной линейкой.
Dalam kerja ini, pemerhatian dibuat dalam cahaya yang dipantulkan. Titik tengah dianggap sifar, dan penomboran cincin gelap dan terang dijalankan secara berasingan. Oleh itu, kita mempunyai gelang gelap ke-1, ke-2, ... ke-1 dan ke-1, ke-2, ... ke deringan cahaya ke-1.
Gangguan berlaku antara gelombang yang dipantulkan dari permukaan atas dan bawah jurang udara, iaitu antara sinar I dan II (Rajah 1).
Perbezaan laluan optik sinar ini δ m disebabkan oleh jurang udara
di mana penunjuk mutlak pembiasan udara diterima pakai sama dengan satu, dan istilah λ /2 adalah disebabkan oleh peralihan fasa oleh π apabila pantulan daripada medium optik yang lebih tumpat (sinar I pada titik L dalam Rajah 1). Dengan mengandaikan sudut tuju kecil sinar cahaya pada permukaan kanta, serta daripada persamaan segi tiga yang sepadan, kita boleh menyimpulkan:r m /R =δ m /r m. Daripada ini kita lihat bahawa r m = R δ m .
Daripada kesamaan terakhir, hubungan (3) dan keadaan (1), (2) ia berikutan bahawa jejari bagi cahaya ke-m (cahaya rm) dan gelang Newton ke-m-gelap (rm) dalam cahaya pantulan adalah sama:
(m − k) λ
− r k 2
di mana m ialah nombor cincin.
Dengan menulis formula (5) berturut-turut untuk gelang gelap m-th dan k-th, kita boleh mencari ungkapan untuk jejari kelengkungan kanta plano-cembung:
R = m, (m− k)λ
di mana λ ialah panjang gelombang cahaya monokromatik.
Adalah lebih mudah untuk menjalankan pengiraan dengan memberikan formula (6) bentuk berikut:
R = (rm + rk) (rm − rk).
3) Rel optik di mana penilai dengan elemen optik dipasang.
Skrin pemerhatian | Optik | yang terdiri | ||||||
plano-cembung | ||||||||
kaca | rekod. | |||||||
sistem ditunjukkan dengan nombor 2. Kanta dan plat dipasang dalam bingkai pelarasan, yang membolehkan anda menukar saiz jurang dan lokasi titik sentuhan antara kanta dan plat. Bingkai pelarasan ditetapkan dalam pemegang penilai.
PERHATIAN
1) Pemasangan mengandungi laser helium-neon LG-128, bekalan kuasa yang menjana voltan melebihi 1000 Volt, oleh itu, semasa operasi adalah perlu untuk mengikuti peraturan keselamatan elektrik.
2) Keamatan sinaran laser tidak melebihi 5 miliwatt, oleh itu laser ini diluluskan untuk digunakan dalam pemasangan pendidikan. Walau bagaimanapun, pancaran laser tidak boleh bersentuhan langsung dengan mata.
3) Imej cincin berkualiti tinggi dicapai dengan tetapan yang betul sistem optik(penyesuaian). Menjajarkan sistem optik adalah prosedur kompleks yang boleh dilakukan oleh pakar. Oleh itu, jika tiada imej, anda tidak boleh cuba mendapatkannya sendiri. Sebarang pergeseran sedikit pun
unsur optik membawa kepada salah jajaran, oleh itu, semasa menjalankan kerja, jangan letakkan objek asing di atas meja dengan unsur optik.
4) Selepas kerja makmal dan guru menyemak data eksperimen, perlu menyerahkan pemasangan dalam keadaan asal kepada pembantu makmal yang bertugas.
PROSEDUR PELAKSANAAN KERJA
1) Sambungkan kord lampu meja dan laser ke rangkaian elektrik. Kemudian, hidupkan dengan menggunakan suis togol pada badan peranti LG-128.
2) Rasuk laser dari pengembang rasuk, apabila dikonfigurasikan dengan betul, mengenai sistem kanta dan plat rata, dan selepas pantulan daripadanya memberikan imej cincin pada dinding bertentangan. Pertimbangkan laluan sinar dengan meletakkan helaian kertas berturut-turut di laluan sinar sebelum dan selepas kanta, kemudian - imej yang terhasil.
3) Lampirkan sekeping kertas dan lakarkan cincin (sebaik-baiknya dengan pensel). Imej yang terhasil mestilah mengandungi bilangan deringan yang mencukupi, bilangan dan nombor deringan ditunjukkan oleh guru.
4) Seperti yang dapat dilihat daripada formula (3), corak gelang gangguan adalah sangat sensitif,
– ditentukan oleh perubahan dalam jurang udara dengan pecahan panjang gelombang cahaya
(λ = 0.6328 µm). Oleh kerana sensitiviti tinggi kaedah dan ubah bentuk kecil plat, yang sebenarnya selalu berlaku, cincin mempunyai beberapa eliptik. Oleh itu, untuk mengurangkan ralat dalam menentukan jejari, diameter gelang mesti diukur dalam dua arah yang saling berserenjang, seperti ditunjukkan dalam Rajah. 3. Kemudian purata aritmetik mudah dilakukan:
Dm purata= | D mendatar + D menegak | |||
D ufuk D .
5) Selepas menentukan jejari purata dua gelang Newton, jejari purata kelengkungan R dikira purata kanta mengikut formula (7).
6) Kesilapan kaedah ini ditentukan oleh bagaimana formula terpakai (4)–
(7). Kaedah ini menganggap pinggan itu rata dengan sempurna. Sekiranya plat tidak rata dengan sempurna, maka ini membawa kepada eliptik cincin. Ralat relatif kaedah ini boleh dianggarkan sebagai nilai eliptik
Dhorm .− Dvertm . | |||
D purata |
|||
maka ralat mutlak dalam menentukan jejari kelengkungan R = ε R. Entri akhir sepatutnya kelihatan seperti:
R = Ravg ± R.
SOALAN KAWALAN
R boleh dianggarkan sebagai
1) Apakah yang dipanggil gangguan cahaya?
2) Apakah gelombang yang dipanggil koheren?
3) Apakah perbezaan laluan optik sinar yang dipanggil?
4) Media manakah yang dipanggil lebih tumpat secara optikal?
5) Apakah peralihan fasa apabila dipantulkan daripada medium optik yang lebih tumpat?
6) Apakah kaedah gangguan untuk menentukan ketebalan filem dielektrik berdasarkan?
7) Mewajarkan sensitiviti yang tinggi kaedah pengukuran gangguan.
KERJA MAKMAL No 46
Mengukur panjang gelombang cahaya menggunakan parut difraksi
Tujuan kerja: mengkaji hukum pembelauan.
MAKLUMAT TEORI
Kisi pembelauan biasanya merupakan plat kaca di mana garis selari digunakan pada selang waktu yang sama dengan menggunakan mesin pembahagi. Kawasan yang tidak rosak adalah celah pembelauan yang sangat sempit, telus kepada cahaya. Mereka dipisahkan oleh ruang legap yang sama - lejang yang menjadi penghalang kepada cahaya. Kisi pembelauan terbaik yang dihasilkan pada masa ini mempunyai sehingga 1700 garisan setiap 1 mm.
Difraksi ialah fenomena lenturan cahaya daripada perambatan linear semasa ia melalui rekahan sempit atau lubang. Biarkan cahaya dengan panjang gelombang λ jatuh secara normal pada parut pembelauan (Rajah 1). Difraksi berlaku apabila lebar celah setanding dengan λ. Oleh kerana keadaan ini dipenuhi untuk slot parut, maka pada setiap
Melalui celah parut, sinaran cahaya akan menyimpang daripada perambatan garis lurus. Fenomena pembelauan dijelaskan menggunakan prinsip Huygens, mengikut mana setiap titik yang dicapai oleh gelombang berfungsi sebagai sumber gelombang sekunder, dan sampul gelombang ini memberikan kedudukan hadapan gelombang pada suatu masa tertentu. Mari kita pertimbangkan kejadian gelombang satah biasanya pada lubang pada skrin (Gamb. 2). Mana-mana titik pada lubang atau tepi lubang, seperti titik A dan B, berfungsi sebagai sumber gelombang sekunder. Setelah membina sampul gelombang sekunder untuk masa tertentu (CD arka), kita melihat bahawa hadapan gelombang melangkaui tepi lubang. Difraksi adalah ciri proses gelombang dan mengesahkan sifat gelombang cahaya. Walau bagaimanapun, prinsip Huygens tidak dapat menjelaskan kehadiran maksima pembelauan. Fresnel menambah prinsip Huygens dengan idea gangguan gelombang sekunder. Menurut prinsip Huygens-Fresnel, setiap celah adalah sumber gelombang cahaya sekunder, amplitud yang pada satu titik dalam ruang (pada skrin) akan ditambah dan, bergantung pada perbezaan laluan sinar, meningkatkan atau melemahkan satu sama lain. Gangguan gelombang cahaya berlaku. Gangguan biasanya diperhatikan apabila titik cerapan berada pada infiniti atau pada jarak yang cukup jauh berbanding dengan saiz parut. Dalam kes ini, bagi setiap celah, arah di mana pemerhatian dibuat ditentukan oleh sudut φ antara normal kepada parut dan arah sinar. Untuk memerhati corak gangguan pada lebih jarak dekat semua sinar selari difokuskan menggunakan kanta pada skrin (Gamb. 1).
Kejadian gelombang cahaya biasanya pada parut merangsang ayunan untuk setiap celah dalam fasa yang sama. Jika sinar sekunder yang dipancarkan oleh setiap celah diarahkan pada sudut tertentu φ, maka setiap sinar tersebut untuk celah yang berbeza akan bergerak pada jarak yang berbeza ke skrin, iaitu sinaran akan mempunyai perbezaan laluan yang berbeza dan akan mengganggu.
Biarkan φ = 0, dalam kes ini semua sinar akan tiba di titik cerapan dalam fasa yang sama, dan amplitud sinar akan ditambah. Dalam arah ini terdapat cahaya maksimum pada skrin. Apabila sudut φ meningkat, perbezaan laluan timbul di antara sinar, sinar tiba di satu titik pada skrin dalam fasa yang berbeza, dan amplitud sinar, menambah, akan mencipta keamatan cahaya yang jauh lebih rendah atau sifar pada suatu titik yang diberikan. Namun begitu
terdapat beberapa lagi nilai sudut φ di mana semua sinar akan tiba titik sepadan skrin dalam fasa yang sama dan akan memberikan keamatan cahaya maksimum. Untuk melakukan ini, adalah perlu bahawa perbezaan dalam laluan sinaran celah jiran adalah sama dengan n·λ (keadaan maksimum untuk gangguan), di mana n = 0, ±1, ±2, ...
Daripada Rajah. 1 dapat dilihat bahawa perbezaan laluan antara rasuk 1 dan 2 bersebelahan
δ = d sinφ, (1)
di mana d ialah jarak antara pusat slot. Kemudian keamatan maksimum cahaya pada skrin akan diperhatikan untuk arah yang ditentukan oleh keadaan
Maksima yang memenuhi syarat (1) dipanggil prinsipal (Rajah 2). Sebagai tambahan kepada maksima utama, terdapat kemungkinan arah di mana cahaya yang dihantar oleh pelbagai celah dipadamkan (saling musnah).
Keamatan cahaya minimum pada skrin akan diperhatikan untuk arah yang ditentukan oleh keadaan
di mana n = 1, 2, …, N – 1, N + 1, …, 2 N – 1, 2 N + 1, …, N – bilangan garis parut difraksi.
Daripada (2) ia mengikuti bahawa antara dua maksima utama terdapat (N–1) minimum tambahan yang dipisahkan oleh maksima sekunder (Rajah 3). Keamatan maksimum ini adalah lebih rendah daripada keamatan maksimum utama, jadi mereka biasanya tidak diperhatikan.
Pada skrin, corak pembelauan terdiri daripada yang paling terang garisan tengah(n=0) dan terletak secara simetri dua maksima tertib pertama (n=1), tertib kedua (n=2), dsb. (Rajah 3). Maksima ini diperolehi hanya untuk cahaya monokromatik, dengan nilai tertentu λ. Jika anda menerangi kisi pembelauan dengan cahaya putih, maka setiap panjang gelombang yang sepadan λ, mengikut formula (1), akan sepadan nilai tertentu sudut φ. Sebab itu skrinnya ringan
jalur diregangkan menjadi spektrum yang dipisahkan oleh ruang gelap. Pengecualian ialah maksimum sifar, di mana pada n= 0 mengikut formula (1) sinar mana-mana warna mempunyai arah sudut φ= 0, dan oleh itu tidak akan diuraikan menjadi spektrum.
PENERANGAN PEMASANGAN
Kisi pembelauan 1 dipasang dalam pemegang khas (Gamb. 4). Sumber cahaya (mentol lampu) menerangi celah 3, yang lebarnya boleh ditukar dengan lancar. Jika anda melihat celah yang diterangi melalui jeriji pembelauan, maka spektrum pembelauan boleh dilihat di sebelah kanan dan kiri imej celah itu. Biarkan garis tertentu spektrum dianjak dengan jumlah S, dan jarak antara skala pengukur 4 dan parut pembelauan adalah sama dengan l.
tan ϕ =S | |||||||
Oleh kerana sudut φ adalah kecil, tanφ adalah sama dengan sin φ dengan tahap ketepatan yang mencukupi. Membandingkan |
|||||||
ungkapan terakhir dengan formula (2), kita dapat | |||||||
dosaϕ = | |||||||
λ = | |||||||
di mana S ialah jarak antara pusat skala dan pusat garis spektrum yang diberikan: d = 10-5 m – pemalar parut difraksi l = 0.55 m; n – susunan spektrum.
PROSEDUR PELAKSANAAN KERJA
1) Hidupkan mentol lampu. Dengan memerhatikan celah melalui parut pembelauan dan memilih kedudukan mentol lampu, imej paling terang bagi spektrum tertib pertama dan kedua dicapai.
2) Ukur pada skala 4 kedudukan purata merah, oren, kuning, hijau, cyan, biru tua, bunga ungu untuk spektrum tertib pertama di sebelah kanan dan kiri
slot dan purata keputusan untuk setiap warna. Lakukan perkara yang sama untuk pesanan ke-2. Masukkan hasil pengukuran dalam jadual.
3) Menggunakan formula (3), hitung panjang gelombang setiap warna dalam spektrum susunan pertama dan kedua. Kemudian cari purata λ bagi setiap warna. Masukkan hasil pengiraan ke dalam jadual.
Jarak ke garisan, cm | Panjang gelombang λ, µm |
||||||||||||
Warna garisan | pesanan pertama | pesanan ke-2 | pesanan pertama | pesanan ke-2 | |||||||||
Jingga | |||||||||||||
Violet | |||||||||||||
SOALAN KAWALAN
1) Bagaimanakah keamatan sinar cahaya selepas kisi pembelauan diedarkan merentasi sudut dan mengapa?
2) Apakah fenomena pembelauan?
3) Di bawah keadaan apakah pembelauan cahaya diperhatikan?
4) Apakah susunan warna dalam spektrum pembelauan?
5) Apakah warna maksimum sifar untuk cahaya putih?
6) Apakah perbezaan laluan antara sinar bersebelahan yang datang dari setiap celah ke arah maksimum utama?
7) Mengapakah keamatan maksimum utama jauh lebih besar daripada keamatan titik lain pada skrin?
8) Mengapakah perbezaan dalam laluan sinar yang datang dari celah jeriji pembelauan berlaku?
9) Mengapakah kisi pembelauan membelah cahaya putih kepada spektrum?
KERJA MAKMAL No 48 dan No 48a
Mengeluarkan volt-ampere, lux-ampere dan ciri spektrum fotosel dan penentuan fungsi kerja elektron
Tujuan kerja: mengkaji undang-undang kesan fotoelektrik dan peranti berdasarkannya.
MAKLUMAT TEORI
Kesan fotoelektrik luaran dan undang-undangnya. Kesan fotoelektrik luaran ialah fenomena pelepasan elektron oleh bahan di bawah pengaruh sinaran elektromagnet (cahaya, x-ray, sinar gama). Kesan fotoelektrik ditemui oleh G. Hertz pada tahun 1887. Yang pertama penyelidikan asas kesan fotoelektrik dilakukan oleh saintis Rusia A.G. Stoletov pada tahun 1888–1889. Kesan fotoelektrik boleh diperhatikan dalam pemasangan secara skematik ditunjukkan dalam Rajah. 1, dengan hν menandakan cahaya, Kv - tetingkap kuarza, V - voltmeter, G - mikroammeter, P - potensiometer
Dua elektrod (katod K dan anod A) diletakkan di dalam silinder di mana udara dipam keluar. Elektrod disambungkan ke sumber kuasa sedemikian rupa sehingga, menggunakan potensiometer, anda boleh menukar bukan sahaja nilai, tetapi juga tanda voltan yang dibekalkan kepada mereka. Cahaya jatuh pada katod melalui tingkap kuarza Kv. Elektron yang dipancarkan oleh katod K akibat kesan fotoelektrik bergerak di bawah pengaruh medan elektrik ke anod A. Akibatnya
V arus foto akan mengalir ke dalam litar, diukur dengan mikroammeter G .
DENGAN peningkatan voltan U kekuatan arus foto I pada mulanya meningkat secara berkadar, dan apabila voltan tertentu dicapai U = U accel. arus mencapai ketepuan I kita. (Gamb. 2).
di mana n ialah bilangan elektron yang dipancarkan oleh katod sesaat.
Untuk meningkatkan lagi arus foto, adalah perlu untuk meningkatkan kejadian fluks cahaya F pada katod:
Ф = Q | ||
di mana Q ialah tenaga cahaya, t ialah masa.
Kekuatan arus foto tepu adalah berkadar dengan fluks cahaya kejadian (berkadar dengan pencahayaan):
Saya kita. =α ·Ф, (3)
di mana α ialah pekali kekadaran.
Sebaliknya, pencahayaan E adalah berkadar dengan fluks bercahaya, oleh itu nilai arus foto I adalah berkadar songsang dengan kuasa dua jarak dari sumber cahaya ke katod, iaitu:
di mana E 1, E 2 – pencahayaan katod;
I 1 , I 2 ialah nilai arus foto tepu yang sepadan dengan pencahayaan ini; r 1 , r 2 ialah jarak dari sumber cahaya ke katod.
Daripada persamaan (4) kita ada:
iaitu, magnitud arus foto tepu adalah berkadar songsang dengan kuasa dua jarak dari sumber cahaya ke fotosel. Daripada ciri voltan semasa ia mengikuti bahawa pada U = 0 arus foto tidak akan hilang. Akibatnya, elektron yang tersingkir daripada katod oleh cahaya mempunyai halaju awal V tertentu, dan oleh itu tenaga kinetik bukan sifar dan boleh mencapai anod tanpa medan luaran.
Agar arus foto menjadi sama dengan sifar, adalah perlu untuk menggunakan set U voltan kelewatan. . Dengan mengkaji data eksperimen, tiga undang-undang kesan fotoelektrik telah ditubuhkan.
1) Pada frekuensi tetap cahaya kejadian, kekuatan arus foto tepu adalah berkadar dengan magnitud fluks cahaya kejadian atau pencahayaan katod.
2) Kelajuan maksimum (tenaga kinetik maksimum) fotoelektron tidak bergantung pada keamatan cahaya kejadian, tetapi hanya ditentukan oleh frekuensinya.ν .
3) Bagi setiap bahan terdapat "had merah" kesan fotoelektrik, iaitu, kekerapan minimum cahaya di bawahnya yang kesan fotoelektrik adalah mustahil (atau panjang gelombang maksimum di atasnya kesan fotoelektrik adalah mustahil).
Hipotesis Planck dan persamaan Einstein. Berdasarkan kedudukan tentang spektrum tenaga berterusan sinaran daripada badan bercahaya, teori gelombang tidak dapat menjelaskan kebebasan kelajuan elektron yang dikeluarkan daripada keamatan cahaya kejadian. ahli fizik Jerman Max Planck mengemukakan hipotesis bahawa tenaga elektromagnet dipancarkan bukan dalam aliran berterusan, tetapi dalam bahagian tenaga yang berasingan - quanta.
Tenaga setiap kuantum ε adalah berkadar terus dengan frekuensi cahaya
di mana h = 6.62·10-34 J s – pemalar Planck λ – panjang gelombang cahaya kejadian;
c = 3·108 m/s – kelajuan cahaya dalam vakum.