Дифракція на схрещеній ґратці

Схема досліду

Дифракція світла, хоч її не завжди можна спостерігати, трапляється у побуті практично всюди - зокрема й на таких об'єктах, як схрещена ґратка.

У цьому досліді створюють придатні умови, щоб хвильова природа світла під час проходження крізь схрещену ґратку стала видимою. Це явище можна пояснити хвильовою моделлю світла за Гюйгенсом.

Попередні знання

Для цього досліду учням не потрібні особливі попередні знання.

Принцип

Схрещена ґратка складається з двох систем дифракційних щілин, орієнтованих перпендикулярно одна до одної. Найпростіше її здійснити, схрестивши дві штрихові ґратки.

Під час дифракції світла на схрещеній ґратці виникають інтерференційні картини, які мають сітчасту структуру. Якщо схрещені ґратки мають однакову сталу ґратки, то вічка сітки квадратні, інакше - прямокутні. Оскільки в досліді треба схрестити дві ґратки, сталі яких відносяться як 1 : 2, виникають дифракційні картини з прямокутними вічками, причому сторони прямокутників відносяться як 2 : 1.

Навчальна мета

Учні мають ознайомитися із сітчастими дифракційними картинами і в досліді попрацювати один раз із білим, а один раз із червоним світлом.

Завдання

Учні мають спрямувати паралельний вузький пучок світла на дві штрихові ґратки, схрещені між собою, і дослідити інтерференційні картини, що виникають.

Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.

Сонце як природне джерело світла

Світлом називають видиму для людини частину електромагнітного спектра. За допомогою дифракційних об'єктів, як-от схрещеної ґратки, можна спостерігати особливе явище світла - здатність до інтерференції - яке вказує на хвильову природу світла.

Залежно від того, якої форми дифракційні об'єкти, відповідно змінюються й інтерференційні картини.

Дослід 1

• Склади оптичну лаву з двох штативних стрижнів і регульованої штативної основи та приклади масштабну лінійку (рис. 1 і рис. 2).

Рисунок 1

• Склади освітлювач за рисунками 3 і 4 та затисни освітлювач у лівій частині штативної основи так, щоб він був повернений стороною з лінзою від оптичної лави (рис. 5).
• Всунь світлонепроникну діафрагму перед лінзу освітлювача (рис. 6).

Рисунок 3

Рисунок 4

Рисунок 5

Рисунок 6

• Постав лінзу з f = +50 мм упритул біля освітлювача (рис. 7).
• Надінь тримач діафрагм із діафрагмою з отвором (d = 0,4 мм) на оправу (рис. 8).

Рисунок 7

• Розмісти оправу зі шкалою приблизно на позначці 9,5 см (рис. 9).
• Постав одну лінзу з f = +300 мм на позначці 40 см, а другу - на кінці оптичної лави (рис. 10).

Рисунок 9

• Постав між цими лінзами другу оправу зі шкалою (рис. 11).
• Постав спостережну оптику на тримачі пластин із рейтером приблизно за 30 см праворуч від оптичної лави (рис. 12).

Рисунок 11

• Під'єднай освітлювач до блока живлення (12 В~) і увімкни блок живлення (рис. 13).
• Пересувай спостережну оптику доти, доки отвір діафрагми не зобразиться різко у площині спостереження.
• Пересувай спостережну оптику по горизонталі й по вертикалі доти, доки зображення отвору діафрагми не опиниться посередині поля зору.

Рисунок 14

• Надінь тримач діафрагм з обома ґратками, схрещеними між собою, на оправу зі шкалою, що стоїть приблизно на позначці 44 см (рис. 14).
• Поспостерігай і опиши дифракційні картини.

Рисунок 15

• Всунь червоний фільтр у гніздо освітлювача (рис. 15).
• Поспостерігай і опиши дифракційні картини.
• Пересунь спостережну оптику по вертикалі так, щоб центр дифракційної картини стояв безпосередньо над шкалою.
• Виміряй і запиши відстань між кружечками, розташованими на горизонтальній прямій.

Рисунок 15

• Порада: варто виміряти відстань через кілька кружечків і поділити виміряне значення на відповідну кількість.
• Виміряй відстань між кружечками, розташованими вертикально; для цього поверни тримач діафрагм зі схрещеними ґратками на 90° навколо оптичної осі.
• Запиши виміряне значення.

Рисунок 15

• Вимкни блок живлення.
• Подивися, яка ґратка стояла останньою так, що її штрихи йшли вертикально, і віднеси цю ґратку до , а другу ґратку - до відстані .