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

đặt trên một tấm kính phẳng có cạnh lồi. Giữa chúng hình thành một khe hở không khí, độ dày của khe hở này tăng dần từ tâm ra các cạnh (Hình 1).

Nếu có một ánh sáng đơn sắc chiếu vào thấu kính
ánh sáng, sau đó sóng phản xạ từ phía trên và
ranh giới dưới của khe hở không khí này,
sẽ can thiệp lẫn nhau, và sự khác biệt
nét giữa chúng sẽ phụ thuộc vào độ dày
khe hở không khí ở nơi này.
Trong sự phản ánh
hình ảnh sau đây được quan sát: ở trung tâm –
điểm tối được bao quanh bởi xen kẽ
ánh sáng đồng tâm và
ánh sáng đồng tâm và
sự can thiệp	nhẫn	giảm dần

độ dày. Trong ánh sáng truyền qua, hình ảnh sẽ ngược lại: điểm ở trung tâm sẽ sáng và tất cả các vòng sáng sẽ được thay thế bằng các vòng tối và ngược lại. Kiểu giao thoa khi sử dụng các nguồn sáng thông thường, ví dụ như đèn sợi đốt, thường có kích thước nhỏ (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.

Trong tác phẩm này, các quan sát được thực hiện dưới ánh sáng phản xạ. Điểm trung tâm được coi là số 0, các vòng tối và sáng được đánh số riêng. Như vậy, chúng ta có các vòng tối thứ 1, thứ 2, ... m và các vòng sáng thứ 1, thứ 2, ... m.

Giao thoa xảy ra giữa các sóng phản xạ từ bề mặt trên và dưới của khe hở không khí, nghĩa là giữa tia I và II (Hình 1).

Sự chênh lệch đường quang của các tia này δ m gây ra bởi khe hở không khí

trong đó chiết suất tuyệt đối của không khí được lấy bằng đơn vị, và số hạng λ /2 là do sự lệch pha π khi phản xạ từ môi trường chiết quang hơn (tia I tại điểm L trong Hình 1). Giả sử một góc tới nhỏ của tia sáng trên bề mặt thấu kính, cũng như từ sự giống nhau của các tam giác tương ứng, chúng ta có thể suy ra: r m /R =δ m /rm. Từ đây chúng ta thấy rằng r m = R δ m .

Từ đẳng thức cuối cùng, quan hệ (3) và điều kiện (1), (2), suy ra rằng bán kính của ánh sáng thứ m (rm light) và thứ m tối (rm) Các vòng Newton trong ánh sáng phản xạ đều bằng nhau:

(m − k) λ

− r k 2

trong đó m là số chuông.

Bằng cách viết liên tiếp công thức (5) cho các vòng tối thứ m và thứ k, chúng ta có thể tìm được biểu thức cho bán kính cong của một thấu kính phẳng-lồi:

R = m , (m− k)λ

trong đó λ là bước sóng của ánh sáng đơn sắc.

Sẽ thuận tiện hơn khi thực hiện phép tính bằng cách đưa ra công thức (6) dưới dạng sau:

R = (rm + rk) (rm − rk).

3) Đường ray quang trên đó các thiết bị đo có thành phần quang học được lắp đặt.


Màn hình quan sát	Quang học		bao gồm

	phẳng-lồi

	thủy tinh	hồ sơ.

hệ thống được biểu thị bằng số 2. Thấu kính và tấm được lắp ráp trong một khung điều chỉnh, cho phép bạn thay đổi kích thước của khe hở và vị trí của điểm tiếp xúc giữa thấu kính và tấm. Khung điều chỉnh được cố định trong giá đỡ thước đo.

CHÚ Ý

1) Cài đặt chứa laser helium-neon LG-128, nguồn điện tạo ra điện áp trên 1000 Vôn, vì vậy trong quá trình vận hành cần tuân thủ các quy tắc an toàn điện.

2) Cường độ bức xạ laser không vượt quá 5 miliwatt, do đó loại laser này được phê duyệt để sử dụng trong các cơ sở giáo dục. Tuy nhiên, chùm tia laser không được tiếp xúc trực tiếp với mắt.

3) Hình ảnh các vòng chất lượng cao sẽ đạt được khi thiết lập hệ thống quang học (điều chỉnh) thích hợp. Căn chỉnh hệ thống quang học là một quy trình phức tạp có thể được thực hiện bởi chuyên gia. Vì vậy, nếu không có hình ảnh thì bạn không nên cố gắng tự mình lấy. Bất kỳ sự thay đổi nhỏ nhất

các phần tử quang học dẫn đến sai lệch nên khi thực hiện công việc không được đặt các vật lạ lên bàn có các phần tử quang học.

4) Sau khi hoàn thành công việc trong phòng thí nghiệm và giáo viên đã kiểm tra dữ liệu thực nghiệm, cần bàn giao thiết bị ở trạng thái ban đầu cho trợ lý phòng thí nghiệm đang trực.

QUY TRÌNH THỰC HIỆN CÔNG VIỆC

1) Kết nối dây của đèn bàn và đèn laser với mạng điện. Sau đó, sử dụng công tắc bật tắt trên thân thiết bị, bật LG-128.

2) Chùm tia laser từ thiết bị giãn nở chùm tia, khi được cấu hình đúng cách, sẽ chiếu vào hệ thống thấu kính và một tấm phẳng, và sau khi phản xạ từ nó sẽ tạo ra hình ảnh của các vòng trên bức tường đối diện. Xét đường đi của tia sáng bằng cách đặt một tờ giấy liên tiếp vào đường đi của tia sáng trước và sau thấu kính, sau đó - ảnh thu được.

3) Đính kèm một mảnh giấy và phác họa các vòng (tốt nhất là bằng bút chì). Hình ảnh thu được phải có đủ số vòng, số lượng và số vòng do giáo viên chỉ định.

4) Như có thể thấy từ công thức (3), mô hình các vòng giao thoa rất nhạy cảm,

– được xác định bởi sự thay đổi khe hở không khí theo các phần của bước sóng ánh sáng

(λ = 0,6328 µm). Do độ nhạy cao của phương pháp và sự biến dạng nhỏ của tấm, điều này thực tế luôn xảy ra, nên các vòng có một số hình elip. Vì vậy, để giảm sai số khi xác định bán kính, đường kính của vòng phải được đo theo hai hướng vuông góc với nhau, như trên Hình 2. 3. Sau đó, tính trung bình số học đơn giản được thực hiện:

Dm trung bình=	D ngang + D dọc

D chân trời D.

5) Sau khi xác định bán kính trung bình của hai vòng Newton, tính được bán kính cong trung bình R trung bình thấu kính theo công thức (7).

6) Sai số của phương pháp này được xác định bằng cách áp dụng công thức (4)–

(7). Phương pháp này giả định tấm phẳng hoàn toàn. Nếu tấm không phẳng hoàn toàn thì điều này sẽ dẫn đến các vòng có hình elip. Sai số tương đối của phương pháp này có thể được ước tính là giá trị độ elip

		Dhorm .− Dvertm .

		D trung bình
		D trung bình

thì sai số tuyệt đối khi xác định bán kính cong R = ε R. Mục cuối cùng sẽ có dạng:

R = Ravg ± R.

CÂU HỎI KIỂM TRA

R có thể được ước tính là

1) Cái gì gọi là giao thoa ánh sáng?

2) Những sóng nào được gọi là kết hợp?

3) Sự khác biệt về đường quang của các tia được gọi là gì?

4) Môi trường nào được gọi là đậm đặc hơn về mặt quang học?

5) Độ dịch pha khi phản xạ từ môi trường chiết quang hơn là bao nhiêu?

6) Phương pháp giao thoa để xác định độ dày của màng điện môi dựa trên cơ sở nào?

7) Chứng minh độ nhạy cao của các phương pháp đo nhiễu.

CÔNG VIỆC PHÒNG THÍ NGHIỆM SỐ 46

Đo bước sóng ánh sáng bằng cách tử nhiễu xạ

Mục đích của công việc: nghiên cứu định luật nhiễu xạ.

THÔNG TIN LÝ THUYẾT

Cách tử nhiễu xạ thường là một tấm kính trên đó các đường thẳng song song được đặt ở những khoảng cách hoàn toàn bằng nhau bằng máy phân chia. Các vùng không bị hư hại là các khe nhiễu xạ rất hẹp, trong suốt với ánh sáng. Chúng được ngăn cách bởi những khoảng trắng đục giống hệt nhau - những nét là vật cản ánh sáng. Các cách tử nhiễu xạ tốt nhất hiện nay được sản xuất có tới 1700 vạch trên 1 mm.

Nhiễu xạ là hiện tượng ánh sáng bị bẻ cong do truyền tuyến tính khi đi qua các khe hoặc lỗ hẹp. Cho ánh sáng có bước sóng λ rơi bình thường vào cách tử nhiễu xạ (Hình 1). Nhiễu xạ xảy ra khi độ rộng khe tương đương với λ. Vì điều kiện này được thỏa mãn đối với khe cách tử, nên tại mỗi khe

Qua các khe cách tử, các tia sáng sẽ bị lệch khỏi đường truyền truyền thẳng. Hiện tượng nhiễu xạ được giải thích bằng nguyên lý Huygens, theo đó mỗi điểm mà sóng tới đóng vai trò là nguồn phát sóng thứ cấp, và đường bao của các sóng này cho biết vị trí của mặt sóng tại một thời điểm nào đó. Chúng ta hãy xem xét một sóng phẳng bình thường tới một lỗ trên màn (Hình 2). Bất kỳ điểm nào trên lỗ hoặc rìa lỗ, chẳng hạn như điểm A và B, đều đóng vai trò là nguồn phát sóng thứ cấp. Sau khi xây dựng đường bao của sóng thứ cấp trong một thời điểm nhất định (cung CD), chúng ta thấy rằng mặt trước sóng vượt ra ngoài các cạnh của lỗ. Nhiễu xạ là đặc trưng của quá trình sóng và khẳng định bản chất sóng của ánh sáng. Tuy nhiên, nguyên lý Huygens không thể giải thích được sự tồn tại của cực đại nhiễu xạ. Fresnel bổ sung nguyên lý Huygens bằng ý tưởng về sự giao thoa của sóng thứ cấp. Theo nguyên lý Huygens-Fresnel, mỗi khe là một nguồn sóng ánh sáng thứ cấp, biên độ của chúng tại một điểm nào đó trong không gian (trên màn hình) sẽ cộng lại và tùy thuộc vào sự khác biệt trong đường đi của các tia, cường độ hoặc làm suy yếu nhau. Sự giao thoa của sóng ánh sáng xảy ra. Giao thoa thường được quan sát thấy khi điểm quan sát ở vô cực hoặc ở khoảng cách đủ xa so với kích thước cách tử. Trong trường hợp này, đối với mỗi khe, hướng thực hiện quan sát được xác định bởi góc φ giữa pháp tuyến với cách tử và hướng của tia sáng. Để quan sát hình ảnh giao thoa ở khoảng cách gần hơn, tất cả các tia song song đều được hội tụ bằng thấu kính trên màn hình (Hình 1).

Một sóng ánh sáng bình thường tới cách tử sẽ kích thích các dao động đối với mỗi khe trong cùng một pha. Nếu các tia thứ cấp phát ra từ mỗi khe hướng theo một góc φ nhất định thì mỗi tia như vậy đối với các khe khác nhau sẽ truyền đi một khoảng cách khác nhau tới màn, tức là các tia sẽ có đường đi khác nhau và sẽ giao thoa.

Cho φ = 0, trong trường hợp này tất cả các tia sẽ tới điểm quan sát trong cùng một pha, và biên độ của các tia sẽ cộng lại. Theo hướng này có ánh sáng tối đa trên màn hình. Khi góc φ tăng lên, sự chênh lệch đường đi xuất hiện giữa các tia, các tia tới một điểm trên màn hình ở một pha khác và biên độ của các tia cộng lại sẽ tạo ra cường độ ánh sáng thấp hơn đáng kể hoặc thậm chí bằng 0 tại một điểm đã cho. Tuy nhiên

Có một số giá trị nữa của góc φ mà tại đó tất cả các tia sẽ tới điểm tương ứng trên màn hình trong cùng một pha và sẽ cho cường độ ánh sáng tối đa. Để làm được điều này, điều cần thiết là độ chênh lệch đường đi của các tia của các khe lân cận phải bằng n·λ (điều kiện giao thoa cực đại), trong đó n = 0, ±1, ±2, ...

Từ hình. 1 có thể thấy rằng độ lệch đường truyền giữa các dầm liền kề 1 và 2

δ = d sinφ, (1)

trong đó d là khoảng cách giữa tâm của các khe. Sau đó, cường độ ánh sáng tối đa trên màn hình sẽ được quan sát theo các hướng được xác định bởi điều kiện

Cực đại thỏa mãn điều kiện (1) được gọi là hiệu trưởng (Hình 2). Ngoài cực đại chính, còn có những hướng có thể trong đó ánh sáng truyền qua các khe khác nhau bị tắt (tiêu hủy lẫn nhau).

Cường độ ánh sáng tối thiểu trên màn hình sẽ được quan sát theo các hướng được xác định bởi điều kiện

trong đó n = 1, 2, …, N – 1, N + 1, …, 2 N – 1, 2 N + 1, …, N – số vạch của cách tử nhiễu xạ.

Từ (2), suy ra rằng giữa hai cực đại chính có (N–1) cực tiểu bổ sung được phân tách bằng cực đại phụ (Hình 3). Cường độ của các cực đại này nhỏ hơn nhiều so với cường độ của các cực đại chính nên chúng thường không được quan sát thấy.

Trên màn hình, mẫu nhiễu xạ bao gồm đường trung tâm sáng nhất (n=0) và nằm đối xứng hai cực đại của bậc một (n=1), bậc hai (n=2), v.v. (Hình 3). Những cực đại này chỉ thu được đối với ánh sáng đơn sắc, có giá trị nhất định là λ. Nếu chiếu sáng cách tử nhiễu xạ bằng ánh sáng trắng thì mỗi bước sóng λ tương ứng, theo công thức (1), sẽ tương ứng với một giá trị nhất định của góc φ. Đó là lý do tại sao màn hình sáng

các dải được kéo dài thành quang phổ ngăn cách bởi các khoảng tối. Ngoại lệ sẽ là cực đại bằng 0, trong đó tại n = 0, theo công thức (1), các tia có màu bất kỳ đều có hướng góc φ = 0, và do đó sẽ không bị phân hủy thành quang phổ.

MÔ TẢ CÀI ĐẶT

Cách tử nhiễu xạ 1 được gắn trong một giá đỡ đặc biệt (Hình 4). Nguồn sáng (bóng đèn) chiếu sáng khe 3, chiều rộng của khe này có thể thay đổi trơn tru. Nếu bạn nhìn vào khe được chiếu sáng qua cách tử nhiễu xạ, thì quang phổ nhiễu xạ sẽ được nhìn thấy ở bên phải và bên trái ảnh của khe. Cho một vạch phổ nào đó bị dịch chuyển một lượng S và khoảng cách giữa thang đo 4 và cách tử nhiễu xạ bằng l.


	tan ϕ =S

Vì góc φ nhỏ nên tanφ bằng sin φ với độ chính xác vừa đủ. So sánh
biểu thức cuối cùng với công thức (2), chúng ta nhận được
	tội lỗi =
	tội lỗi =


	λ =
	λ =

trong đó S là khoảng cách từ tâm thang đo đến tâm của vạch phổ cho trước: d = 10-5 m – hằng số cách tử nhiễu xạ l = 0,55 m; n – thứ tự phổ.

QUY TRÌNH THỰC HIỆN CÔNG VIỆC

1) Bật bóng đèn. Bằng cách quan sát khe thông qua cách tử nhiễu xạ và chọn vị trí của bóng đèn, người ta thu được hình ảnh sáng nhất của quang phổ bậc một và bậc hai.

2) Đo trên thang 4 vị trí trung bình của các màu đỏ, cam, vàng, lục, lục lam, chàm, tím đối với quang phổ bậc một ở bên phải và bên trái của

các khe và tính trung bình kết quả cho mỗi màu. Làm tương tự cho đơn hàng thứ 2. Nhập kết quả đo vào bảng.

3) Sử dụng công thức (3), tính bước sóng của từng màu trong phổ bậc một và bậc hai. Sau đó tìm λ trung bình cho mỗi màu. Nhập kết quả tính toán vào bảng.

Khoảng cách tới đường thẳng, cm

Bước sóng λ, µm

Màu đường

Đơn hàng đầu tiên

đơn hàng thứ 2

Đơn hàng đầu tiên

đơn hàng thứ 2

Quả cam

màu tím

CÂU HỎI KIỂM TRA

1) Cường độ của các tia sáng sau cách tử nhiễu xạ phân bố theo các góc như thế nào và tại sao?

2) Hiện tượng nhiễu xạ là gì?

3) Trong những điều kiện nào hiện tượng nhiễu xạ được quan sát thấy?

4) Thứ tự màu sắc trong quang phổ nhiễu xạ là gì?

5) Điểm cực đại bằng 0 của ánh sáng trắng có màu gì?

6) Độ lệch đường đi giữa các tia liền kề phát ra từ mỗi khe theo hướng cực đại chính là bao nhiêu?

7) Tại sao cường độ cực đại chính lớn hơn nhiều so với cường độ của các điểm khác trên màn?

8) Tại sao lại có sự khác biệt về đường đi của các tia tới từ các khe của cách tử nhiễu xạ?

9) Tại sao cách tử nhiễu xạ lại tách ánh sáng trắng thành quang phổ?

CÔNG TRÌNH THÍ NGHIỆM SỐ 48 và SỐ 48a

Đo các đặc tính dòng điện, điện áp, lux-ampe và quang phổ của tế bào quang điện và xác định công của điện tử

Mục đích của công việc: nghiên cứu các định luật về hiệu ứng quang điện và các thiết bị dựa trên nó.

THÔNG TIN LÝ THUYẾT

Hiệu ứng quang điện ngoài và các định luật của nó. Hiệu ứng quang điện ngoài là hiện tượng phát xạ electron của một chất dưới tác dụng của bức xạ điện từ (ánh sáng, tia X, tia gamma). Hiệu ứng quang điện được G. Hertz phát hiện vào năm 1887. Những nghiên cứu cơ bản đầu tiên về hiệu ứng quang điện được thực hiện bởi nhà khoa học người Nga A.G. Stoletov năm 1888–1889. Hiệu ứng quang điện có thể được quan sát thấy trong hệ thống lắp đặt được thể hiện dưới dạng sơ đồ trong Hình 2. 1, trong đó hν biểu thị ánh sáng, Kv - cửa sổ thạch anh, V - vôn kế, G - microampe, P - chiết áp

Hai điện cực (cathode K và anode A) được đặt trong một hình trụ mà từ đó không khí được bơm ra ngoài. Các điện cực được kết nối với nguồn điện theo cách mà bằng cách sử dụng chiết áp, bạn không chỉ có thể thay đổi giá trị mà còn cả dấu hiệu của điện áp cung cấp cho chúng. Ánh sáng chiếu vào cực âm qua cửa sổ thạch anh Kv. Các electron do cực âm K phát ra do hiệu ứng quang điện sẽ chuyển động dưới tác dụng của điện trường về cực dương A. Kết quả là

V. một dòng quang điện sẽ chạy vào mạch, được đo bằng microampe G.

VỚI tăng điện áp U cường độ dòng quang I ban đầu tăng tỷ lệ thuận và khi đạt đến một điện áp nhất định U = U tăng tốc. hiện tại đạt đến độ bão hòa tôi chúng tôi. (Hình 2).

trong đó n là số electron phát ra từ cực âm trong một giây.

Để tăng thêm dòng quang điện, cần phải tăng thông lượng ánh sáng F tới cực âm:

Ф = Q

trong đó Q là năng lượng ánh sáng, t là thời gian.

Cường độ của dòng quang bão hòa tỷ lệ thuận với quang thông tới (tỷ lệ với độ chiếu sáng):

Tôi chúng tôi. =α ·Ф, (3)

trong đó α là hệ số tỷ lệ.

Ngược lại, độ chiếu sáng E tỉ lệ với quang thông, do đó giá trị của dòng quang I tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách từ nguồn sáng đến cực âm, tức là:

trong đó E 1 , E 2 – độ chiếu sáng của cực âm;

I 1, I 2 là các giá trị dòng quang bão hòa tương ứng với các độ rọi này r 1, r 2 là khoảng cách từ nguồn sáng đến cực âm.

Từ phương trình (4) ta có:

tức là cường độ của dòng quang bão hòa tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách từ nguồn sáng đến tế bào quang điện. Từ đặc tính dòng điện-điện áp suy ra rằng tại U = 0 dòng quang điện sẽ không biến mất. Do đó, các electron bị ánh sáng đánh bật ra khỏi cực âm có vận tốc ban đầu V nhất định, và do đó có động năng khác 0 và có thể chạm tới cực dương mà không cần từ trường bên ngoài.

Để dòng quang trở về 0, cần phải đặt điện áp trễ U đặt. . Bằng cách nghiên cứu dữ liệu thực nghiệm, ba định luật về hiệu ứng quang điện đã được thiết lập.

1) Ở tần số cố định của ánh sáng tới, cường độ của dòng quang bão hòa tỷ lệ thuận với độ lớn của dòng ánh sáng tới hoặc độ chiếu sáng của cực âm.

2) Tốc độ cực đại (động năng cực đại) của quang điện tử không phụ thuộc vào cường độ ánh sáng tới mà chỉ được xác định bởi tần số của nóν .

3) Đối với mỗi chất có một “giới hạn đỏ” của hiệu ứng quang điện, tức là tần số ánh sáng tối thiểu mà dưới đó hiệu ứng quang điện là không thể xảy ra (hoặc bước sóng tối đa mà trên đó hiệu ứng quang điện là không thể xảy ra).

Giả thuyết Planck và phương trình Einstein. Dựa trên giả định về phổ năng lượng liên tục của bức xạ từ các vật thể phát sáng, lý thuyết sóng không thể giải thích sự độc lập của tốc độ của các electron bị bắn ra khỏi cường độ của ánh sáng tới. Nhà vật lý người Đức Max Planck đưa ra giả thuyết rằng năng lượng điện từ được phát ra không phải theo dòng liên tục mà thành các phần năng lượng riêng biệt - lượng tử.

Năng lượng của mỗi lượng tử ε tỉ lệ thuận với tần số ánh sáng

trong đó h = 6,62·10-34 J s – hằng số Planck λ – bước sóng của ánh sáng tới;

c = 3·108 m/s – tốc độ ánh sáng trong chân không.

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

2. Bật nguồn sáng. Nhìn qua cách tử nhiễu xạ, bạn có thể thấy quang phổ nhiễu xạ đáng chú ý của một số bậc ở cả hai mặt của tấm chắn trên nền đen. Nếu quang phổ bị nghiêng, hãy xoay cách tử theo một góc nhất định cho đến khi độ nghiêng được loại bỏ.

3. Đặt thang đo theo khoảng cách R từ cách tử nhiễu xạ.

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

5. Thực hiện bước 4 cho các tia có màu khác bằng cách chèn các bộ lọc còn lại vào khung.

6. Làm trang. 4 – 5 ba lần di chuyển thang đo một khoảng cách R 10 – 15cm.

7. Xác định bước sóng ánh sáng bằng công thức (1) cho tất cả các màu của tia và nhập vào bảng 6. Tính độ dài trung bình số học của mỗi sóng ánh sáng.

Bảng 6. Bước sóng ánh sáng có màu sắc khác nhau

R, mm

S, mm

l, nm

ĐẾN

VỀ

VÀ

VỚI

ĐẾN

VỀ

VÀ

VỚI

Bước sóng trung bình

Câu hỏi bảo mật

1. Nguyên lý Huygens-Fresnel là gì?

2. Sóng nào được gọi là sóng kết hợp?

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

4. Thứ tự màu sắc trong quang phổ nhiễu xạ như thế nào? Màu của mức tối đa bằng 0 là gì?

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

6. Hiệu ứng của cách tử nhiễu xạ sẽ thay đổi như thế nào nếu nó được đặt trong nước?

7. Làm thế nào giải thích sự hình thành phổ nhiễu xạ từ một khe trên màn từ các tia truyền qua khe? Điều gì quyết định sự phân bổ cường độ ở trung tâm màn hình?

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

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

10. Giao thoa ánh sáng là gì? Hiện tượng này có liên quan đến sự hình thành phổ nhiễu xạ trên khe hoặc cách tử không?

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

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

13. Bước sóng của ánh sáng khả kiến là gì? Họ có thể thay đổi không?

14. Độ rộng của dải phổ nhiễu xạ phụ thuộc vào điều gì? Điều gì quan sát được trên màn nếu độ rộng khe lớn hơn nhiều so với bước sóng l? Hiện tượng này được giải thích thế nào?

15. Sự phân tán tuyến tính và góc của cách tử nhiễu xạ là gì?

16. Khả năng phân giải của cách tử nhiễu xạ là gì?

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

Số phổ nhiễu xạ bị giới hạn và được xác định bởi điều kiện

sinΘ =m/d1. (4)

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

Mô tả bố trí thí nghiệm

Công việc sử dụng một tấm lưới, phổ biến trong thực hành trong phòng thí nghiệm, là một tấm kính trên đó áp dụng một loạt các nét song song bằng máy phân chia có máy cắt kim cương đặc biệt.

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

Máy đo góc bao gồm kính thiên văn T, ống chuẩn trực K, bàn C, mặt số E, thước đo N. Ống chuẩn trực được sử dụng để tạo ra một chùm ánh sáng song song. Nó bao gồm một ống bên ngoài có thấu kính O và một ống bên trong có khe vào U được lắp vào mặt phẳng tiêu cự của thấu kính. Một sóng ánh sáng phẳng (chùm ánh sáng song song) phát ra từ ống chuẩn trực và rơi vào cách tử nhiễu xạ. Các chùm ánh sáng được thấu kính kính thiên văn thu thập và tạo thành ảnh thật của khe chuẩn trực trong mặt phẳng tiêu cự. Trong trường nhìn của thị kính, đường chéo của sợi và hình ảnh thực tế của khe (cực đại nhiễu xạ) có thể nhìn thấy đồng thời. Bằng cách di chuyển kính thiên văn, bạn có thể căn chỉnh đường chéo của các sợi với bất kỳ cực đại nhiễu xạ nào. Nguồn bức xạ đang nghiên cứu là đèn neon.

Hoàn thành công việc

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

Trước khi bắt đầu công việc, cần phải điều chỉnh máy đo điện áp. Để làm điều này bạn cần:

1. Đặt kính thiên văn ở vô cực, tức là để nhìn rõ các vật ở xa;

2. Đặt nguồn sáng (đèn neon) đối diện với khe chuẩn trực;

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

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

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

Bước sóng được xác định từ công thức mạng
. Ở đây d=0,01mm; m - thứ tự phổ hoặc số lượng tối đa. Phương trình này là công thức tính toán cơ bản để tính bước sóng ánh sáng bằng cách sử dụng cách tử nhiễu xạ.

Đo bước sóng liên quan đến việc xác định góc độ lệch của tia so với phương ban đầu. Công việc tiếp theo được thực hiện theo thứ tự sau.

1. Đo vị trí của đường zero n 0. Để làm được điều này, sợi thị kính phải được căn chỉnh thẳng hàng với điểm giữa của phổ bậc 0 (dải sáng trung tâm) và sử dụng mặt số tròn và thước đo để xác định giá trị n 0.

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

3. Nhập kết quả đo vào bảng 1.

4. Nếu tất cả các mẫu ở bên phải được ký hiệu là , và ở bên trái - , thì góc của cùng một đường thẳng có thể được tính theo ba cách (các công thức được đưa ra dưới đây):

Ví dụ, đối với đường màu xanh lá cây, tôi sắp xếp n 1 = n 1 và n' 1 = n 2, đối với đường màu vàng, tôi sắp xếp n 1 = n 3, n' 1 =n 4, v.v. (xem bảng 1).

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

Bảng 1.

số dòng theo bản vẽ	đếm ngược trên mặt số bên phải	đếm ngược trên mặt số bên trái

CÂU HỎI KIỂM TRA

1. Sóng nào được gọi là sóng kết hợp?

2. Hiện tượng nhiễu xạ là gì?

3. Xây dựng nguyên lý Huygens-Fresnel.

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

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

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

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

8. Thứ tự màu sắc trong quang phổ nhiễu xạ như thế nào?

9. Màu tối đa của số 0 là gì? Tại sao cô ấy lại như thế này?

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

VĂN HỌC

1. Sivukhin D.V. Khóa học tổng quát về vật lý. T.3. Quang học. M.: Nauka, 1985.- 752 tr.

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

3. Feynman R., Leighton R., Sands M. Feyman giảng về vật lý. T.3-4. Bức xạ. Sóng. Lượng tử. M.: Mir, 1977.- 496 tr.

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

5. Quang học sóng Kaliteevsky N.I. M.: Trường Cao Đẳng, 1978.- 321 tr.

Phòng thí nghiệm số 4 NGHIÊN CỨU LUẬT MALUS

Mục đích của công việc: kiểm chứng thực nghiệm định luật Malus.

Thiết bị và phụ kiện: nguồn sáng laser bán dẫn (GaAs), bộ tách sóng quang, điện kế, máy phân tích có đánh dấu góc (giá một vạch chia là 1 o).

Phần lý thuyết của công việc

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

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

Cái đó. Sự phân cực ánh sáng bằng cách sử dụng các tấm ảnh phân cực bao gồm việc cô lập các dao động theo một hướng nhất định khỏi chùm sáng. Nếu ánh sáng tự nhiên chiếu vào bản phân cực có cường độ I thì cường độ I của ánh sáng phân cực truyền qua không phụ thuộc vào hướng của bản phân cực (nó quay quanh chùm tia) và bằng một nửa cường độ của sự cố ánh sáng tự nhiên:

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

Nếu ánh sáng phân cực phẳng chiếu vào máy phân tích A (Hình 3) thì thành phần sẽ bị bỏ sót

, (1)

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

trong đó I là cường độ ánh sáng rời khỏi máy phân tích, I o là cường độ ánh sáng tới. Công thức (2) thể hiện định luật Malus. Bằng cách xoay máy phân tích xung quanh chùm tia, bạn có thể tìm thấy vị trí mà tại đó ánh sáng hoàn toàn không đi qua nó (cường độ I trở thành 0). Đây là một cách đáng tin cậy để đảm bảo rằng ánh sáng tới bị phân cực hoàn toàn. Nếu ánh sáng tự nhiên với cường độ tôi ăn lần lượt đi qua máy phân cực và máy phân tích thì chùm tia ló ra có cường độ.

Khi α=0 (mặt phẳng phân cực và mặt phẳng phân tích song song), cường độ  là cực đại và bằng . Máy phân cực và phân tích "chéo"
Họ không để bất kỳ ánh sáng nào lọt vào.

Khóa học >> Sinh thái học

Có thể được thực hiện bằng phương pháp quang phổ, đo quang và đo màu. ĐẾN quang học các phương pháp bao gồm đo độ chính xác và đo độ thận - phân tích..., 1990. -480 tr. Vasilyev V.P. Hóa phân tích. Lúc 2 giờ chiều Phần 2. Vật lý– Phương pháp phân tích hóa học: Sách giáo khoa. Vì...

Quang học cáp và đặc điểm của chúng

Bài giảng >> Truyền thông và truyền thông

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

Vật lý-phương pháp phân tích hóa học, phân loại và kỹ thuật cơ bản của chúng

Tóm tắt >> Hóa học

Phân loại và kỹ thuật cơ bản của họ Vật lý-phương pháp phân tích hóa học (FCMA)… . Những ứng dụng thực tế lớn nhất là quang học, phương pháp phân tích sắc ký và chiết áp...các phần của quang phổ =10-3...10-8 m Quang học phương pháp (quang phổ hồng ngoại, ...

Đọc thêm:

I. Nhiễu xạ Fraunhofer qua một khe và xác định độ rộng khe.
I. Quy trình điều trị hẹp lỗ hai lá: nguyên nhân, cơ chế rối loạn tuần hoàn, lâm sàng, chăm sóc bệnh nhân.
CHƯƠNG 7. Nhiễu xạ của SÓNG ĐIỆN TỪ MÁY BAY BỞI MỘT XI LANH DẪN LÝ TƯỞNG
CHƯƠNG 8. NHƯỢC XẠC CỦA Sóng điện từ phẳng trên LỖ tròn trong màn dẫn điện hoàn hảo và trên một đĩa dẫn điện hoàn hảo
Cách tử nhiễu xạ NHƯ MỘT THIẾT BỊ Quang phổ. SỨC MẠNH ĐỘ PHÂN GIẢI CỦA CÁC LỚP NHIỆT XƯỢNG. NHIỄU XẠ BRAGG. NHIỄU XẠ BỞI NHIỀU Chướng ngại vật được đặt ngẫu nhiên

Bài số 3. KHẢO SÁT

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

Những câu hỏi mà bạn phải biết

xin phép thực hiện công việc:

1. Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng là gì?

2. Nguyên lý Huygens-Fresnel.

3. Phương pháp vùng Fresnel.

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

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

6. Nhiễu xạ các tia phân kỳ và song song từ màn tròn và lỗ tròn.

7. Thứ tự màu sắc trong quang phổ nhiễu xạ như thế nào? Màu của mức tối đa bằng 0 là gì?

8. Tấm khu vực được gọi là gì?

GIỚI THIỆU

Nhiễu xạ là hiện tượng làm lệch chùm tia sáng khi truyền thẳng hoặc bẻ cong ánh sáng xung quanh các vật thể mờ đục. Sau khi nhiễu xạ, các tia lệch khỏi sự truyền thẳng có thể gặp nhau và chồng lên nhau, và vì chúng thu được từ cùng một sóng nên chúng kết hợp (xem nghiên cứu về sự giao thoa của ánh sáng) và do đó, tạo thành một mô hình giao thoa (cực đại và bức xạ xen kẽ nhau). tối thiểu). Mẫu này được gọi là “mẫu nhiễu xạ”. Để phân tích một bức tranh như vậy, cần phải biết biên độ và pha của sóng gặp phải.

Chúng ta hãy xem xét nhiễu xạ trong các chùm tia phân kỳ (nhiễu xạ Fresnel) và nhiễu xạ trong các chùm song song (nhiễu xạ Fraunhofer).

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

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

phía trước sóng và hướng tới điểm MỘT. Khi tìm biên độ dao động thu được từ tất cả các phần, cũng cần phải tính đến thực tế là các pha của các dao động riêng lẻ có thể không trùng nhau, vì đường đi của chúng đến điểm khác nhau. MỘT. Nói chung, việc tìm biên độ dao động là một nhiệm vụ khá khó khăn. Fresnel đề xuất một phương pháp đơn giản, việc sử dụng nó sẽ mang lại mô hình nhiễu xạ chính xác về mặt chất lượng trong một số trường hợp đơn giản.

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

Vùng Fresnel được xây dựng như sau. Vùng trung tâm (Hình 1) bao gồm tất cả các điểm, độ lệch pha của dao động từ đó tại điểm đó MỘT không vượt quá P(khoảng cách từ đó đến điểm MỘT không còn nữa b 1 = , ở đâu b– khoảng cách ngắn nhất từ mặt sóng đến điểm MỘT). Vùng thứ hai liền kề (với hiệu đường đi ) biểu thị một vùng vòng trên hình cầu, được bao bọc giữa các điểm mà một mặt, và , ở phía bên kia. Rõ ràng, các vùng sau cũng sẽ là hình tròn, được giới hạn từ bên ngoài bởi các điểm mà , trong đó k- số vùng. Có thể chứng minh rằng diện tích của tất cả các vùng đều xấp xỉ bằng nhau và bán kính k vùng thứ bằng

. (1)

Tính biên độ dao động thu được từ tất cả các vùng Fresnel tại một điểm MỘT thuận tiện để sản xuất trên sơ đồ vector. Để làm điều này, chúng ta hãy chia từng vùng Fresnel thành một số lượng lớn các vùng con đồng tâm của cùng một vùng. Khi đó, biên độ dao động của toàn bộ vùng con có thể được biểu diễn dưới dạng tổng các vectơ cơ bản có sự lệch pha nhỏ giữa chúng, tức là một phép quay bằng dj và các vectơ cơ bản cực trị sẽ bị lệch pha một góc P, tức là hướng theo hướng ngược lại. Tất cả các vectơ cơ bản của vùng cùng nhau tạo thành một hình bán nguyệt và biên độ dao động thu được E 1 từ một vùng có thể được tìm thấy bằng cách tính tổng tất cả các vectơ, tức là nó tạo thành một vectơ nối điểm đầu và điểm cuối của chuỗi vectơ cơ bản (Hình 2, a).

Tương tự, bạn có thể tạo một công trình, bao gồm vùng thứ hai (Hình 2, b). Vectơ kết quả E 2 là hướng chống lại E 1 và nhỏ hơn một chút về giá trị tuyệt đối E 1. Trường hợp cuối cùng là do mặc dù diện tích của các vùng bằng nhau nhưng vùng thứ hai hơi nghiêng so với người quan sát tại điểm đó. MỘT. Tuy nhiên, tổng biên độ dao động E 1 + E 2 là nhỏ (Hình 2, b).

Về mặt đồ họa, biên độ dao động có thể được tính bằng cách thay thế các chuỗi vectơ bằng các phần tương ứng của vòng tròn. Hình 2 (c và d) thể hiện các cấu trúc như vậy cho ba vùng trở lên của mặt sóng hình cầu. So sánh trường hợp a và d, chúng ta lưu ý rằng biên độ dao động từ vùng Fresnel thứ 1 là hai lần (và cường độ ánh sáng TÔI 4 lần vì TÔI » MỘT 2) lớn hơn biên độ tương ứng từ vô số vùng.

Hãy để có một nguồn điểm S và một tấm mờ đục M có lỗ tròn (Hình 3, a). Cần xác định độ rọi tại một điểm MỘT, nằm trên đường thẳng đi từ nguồn S qua tâm lỗ. Hiển nhiên là lỗ trống chỉ cho phép một phần sóng cầu đi qua. Chiếu sáng tại một điểm MỘT sẽ được xác định bởi tác động của chỉ phần này của mặt trước, tức là chỉ bởi các vùng Fresnel mở, số lượng của chúng phụ thuộc vào đường kính của lỗ, bước sóng và hình học của thí nghiệm.

Nếu số vùng mở ĐẾN thậm chí, khi đó phép tính cường độ bằng đồ thị (Hình 2, b) sẽ dẫn đến cường độ thấp gần như bằng không, tức là tại điểm MỘT sẽ có bóng tối, và kỳ lạ là ĐẾN(Hình 2, a, c) tại điểm MỘT sẽ có độ chiếu sáng tối đa.

Rõ ràng nó phải đối xứng qua điểm MỘT(vì tại các điểm nằm cách điểm trung tâm một khoảng cách như nhau nên điều kiện nhiễu xạ sẽ giống nhau). Hơn nữa, nếu tại một điểm trên trục chúng ta quan sát thấy một điểm sáng thì xung quanh nó chúng ta sẽ thấy một vòng tối, xung quanh đó chúng ta sẽ nhận thấy một vòng sáng, tức là mô hình nhiễu xạ bao gồm các vòng sáng và tối xen kẽ (vòng tròn) (Hình . 3b) .

Góc Một, đặc trưng cho hướng tới bất kỳ cực đại nhiễu xạ nào, được gọi là góc nhiễu xạ (Hình 3a). Có thể (mặc dù không dễ) chỉ ra rằng hướng tới vòng thứ nhất được đặc trưng bởi một góc (chính xác hơn là 1,22), trong đó d- đường kính lỗ.

1 | | |

SỰ ĐỊNH NGHĨA

Phổ nhiễu xạ là sự phân bố cường độ trên màn hình do nhiễu xạ.

Trong trường hợp này, phần chính của năng lượng ánh sáng tập trung ở cực đại trung tâm.

Nếu chúng ta lấy cách tử nhiễu xạ làm thiết bị đang được xem xét, với sự trợ giúp của cách tử nhiễu xạ được thực hiện, thì từ công thức:

(trong đó d là hằng số cách tử; là góc nhiễu xạ; là bước sóng ánh sáng; . là một số nguyên), suy ra góc tại đó cực đại chính xuất hiện có liên quan đến bước sóng của ánh sáng tới cách tử (ánh sáng rơi bình thường trên lưới). Điều này có nghĩa là cực đại cường độ được tạo ra bởi ánh sáng có bước sóng khác nhau xảy ra ở những nơi khác nhau trong không gian quan sát, điều này cho phép sử dụng cách tử nhiễu xạ làm thiết bị quang phổ.

Nếu ánh sáng trắng rơi vào cách tử nhiễu xạ thì tất cả các cực đại, ngoại trừ cực đại ở trung tâm, đều bị phân hủy thành quang phổ. Từ công thức (1), suy ra vị trí cực đại bậc thứ có thể được xác định như sau:

Từ biểu thức (2) suy ra rằng khi bước sóng tăng dần thì khoảng cách từ cực đại trung tâm đến cực đại với số m tăng lên. Hóa ra phần tím của mỗi cực đại chính sẽ hướng về tâm của hình nhiễu xạ, và phần màu đỏ sẽ hướng ra ngoài. Cần nhớ rằng trong quá trình phân hủy quang phổ của ánh sáng trắng, tia tím bị lệch mạnh hơn tia đỏ.

Cách tử nhiễu xạ được sử dụng như một thiết bị quang phổ đơn giản để xác định bước sóng. Nếu biết chu kỳ cách tử thì việc tìm bước sóng ánh sáng sẽ quy về việc đo góc tương ứng với hướng của vạch đã chọn theo thứ tự của quang phổ. Thông thường, phổ bậc một hoặc bậc hai được sử dụng.

Cần lưu ý rằng các phổ nhiễu xạ bậc cao chồng lên nhau. Do đó, khi ánh sáng trắng bị phân hủy, quang phổ bậc hai và bậc ba đã chồng lên nhau một phần.

Nhiễu xạ và phân tán phân tán thành phổ

Sử dụng nhiễu xạ, giống như sự tán sắc, một chùm ánh sáng có thể được chia thành các thành phần của nó. Tuy nhiên, có những khác biệt cơ bản trong những hiện tượng vật lý này. Do đó, phổ nhiễu xạ là kết quả của sự bẻ cong ánh sáng xung quanh các chướng ngại vật, ví dụ như các vùng tối gần cách tử nhiễu xạ. Quang phổ như vậy trải đều theo mọi hướng. Phần màu tím của quang phổ hướng về phía trung tâm. Quang phổ tán sắc có thể thu được bằng cách truyền ánh sáng qua lăng kính. Quang phổ bị kéo dài về phía tím và bị nén về phía đỏ. Phần màu tím của quang phổ chiếm độ rộng lớn hơn phần màu đỏ. Trong quá trình phân hủy quang phổ, tia đỏ lệch ít hơn tia tím, nghĩa là phần màu đỏ của quang phổ gần tâm hơn.

Thứ tự phổ tối đa trong quá trình nhiễu xạ

Sử dụng công thức (2) và tính đến thực tế là nó không thể lớn hơn một, chúng ta thu được:

Ví dụ về giải quyết vấn đề

VÍ DỤ 1

Bài tập

Ánh sáng có bước sóng = 600 nm được chiếu tới cách tử nhiễu xạ vuông góc với mặt phẳng của nó, chu kỳ cách tử bằng m. Bậc cao nhất của quang phổ là bao nhiêu? Số cực đại trong trường hợp này là bao nhiêu?

Giải pháp

Cơ sở để giải bài toán là công thức tính cực đại thu được khi nhiễu xạ bằng cách tử trong các điều kiện nhất định:

Giá trị lớn nhất của m sẽ đạt được tại

Hãy thực hiện các phép tính nếu =600 nm=m:

Số cực đại (n) sẽ bằng:

Trả lời

=3;

VÍ DỤ 2

Bài tập	Một chùm ánh sáng đơn sắc có bước sóng . Có một màn đặt cách cách tử một khoảng L, trên đó hình ảnh nhiễu xạ quang phổ được hình thành bằng thấu kính. Người ta thấy rằng cực đại nhiễu xạ chính đầu tiên nằm ở khoảng x tính từ trung tâm (Hình 1). Hằng số cách tử nhiễu xạ (d) là gì?
Giải pháp	Hãy vẽ một bức tranh.