Інформація для вчителів
Застосування
Схема установки
Якщо круглі отвори освітлювати когерентним світлом, то внаслідок дифракції та інтерференції виникають почергово концентричні світлі й темні кола.
У повсякденному житті це явище можна побачити, коли, наприклад, дивитися назустріч світлу крізь круглий отвір у жалюзі чи в аркуші паперу.
Два розташовані близько один до одного об'єкти можна ще спостерігати окремо в мікроскоп лише тоді, коли центральний максимум яскравості дифракційної картини одного об'єкта збігається з першим мінімумом дифракційної картини іншого об'єкта.
Інша інформація для вчителя (1/3)
Інша інформація для вчителя (1/3)
Попередні знання
Вже має бути відомо, що дифракція та інтерференція відбуваються як на отворах, так і на перешкодах. Для цього варто перед тим виконати дослід "Дифракція на перемичці – теорема Бабіне".
Принцип
Коли діафрагми з отвором або круглі діафрагми освітлюють когерентним світлом, край відповідного об'єкта стає вихідною точкою елементарних хвиль, які інтерферують між собою.
На середній осі об'єкта ці елементарні хвилі мають різницю ходу, що дорівнює нулю, тож там і в діафрагм з отвором, і в круглих діафрагм міститься максимум яскравості.
Інша інформація для вчителя (2/3)
Інша інформація для вчителя (2/3)
Навчальна мета
Інтерференція відбувається як на діафрагмах з отвором, так і на круглих діафрагмах. На середній осі дифракційних об'єктів елементарні хвилі, що інтерферують, мають різницю ходу, яка дорівнює нулю, тож і в геометричній області тіні за круглими діафрагмами міститься максимум інтенсивності. Він називається плямою Пуассона.
Завдання
Учні досліджують інтерференційні картини, які виникають при дифракції світла на круглому отворі малого діаметра. За їх допомогою слід визначити довжину хвилі червоного світла.
Інша інформація для вчителя (3/3)
Інша інформація для вчителя (3/3)
Вказівки щодо складання і виконання
Приміщення для досліду має бути добре затемнене, бо круглий отвір, який править за джерело світла, може мати лише малий діаметр, і тому доводиться працювати з пучками світла малої інтенсивності.
Щоб виготовити діафрагму з отвором , вирізають шматок картону і проколюють його посередині вістрям якомога тоншої голки. Діаметр отвору має становити ... , але не більше.
Зауваження
Учні можуть знайти кількісний зв'язок між діаметром дифракційного отвору і діаметром 1-го мінімуму інтенсивності, якщо їм удасться виміряти дифракційні картини також для діафрагм з і
Правила безпеки
Обов'язково слід стежити за тим, щоб не дивитися прямо в промінь лазера.
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
Діафрагма фотоапарата
Світлом називають видиму для людини ділянку електромагнітного спектра. За допомогою дифракційних об'єктів можна спостерігати особливе явище світла - здатність до інтерференції, яка вказує на хвильову природу світла. Один із таких об'єктів - круглий отвір, як-от діафрагма фотоапарата.
Залежно від того, яку форму мають дифракційні об'єкти, відповідно змінюються й інтерференційні картини.
Завдання
- Дослідіть інтерференційні картини, які виникають при дифракції світла на круглому отворі малого діаметра.
- Визначте за їх допомогою довжину хвилі червоного світла.
Схема установки
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Оптична лава для учнівських дослідів, l = 600 мм | 08376-00 | 1 |
| 2 | Ковзна опора для оптичної лави | 09822-00 | 2 |
| 3 | Тримач пластин для 3 об'єктів | 09830-00 | 1 |
| 4 | Діафрагма з отвором, d = 0,4 мм | 08206-04 | 1 |
| 5 | Екран, білий, 150x150 мм | 09826-00 | 1 |
| 6 | Рулетка, l=2 м | 09936-00 | 1 |
| 7 | Діодний лазер, 1 мВт, 635 нм (червоний-3 В) з коротким стрижнем, l = 75 мм | 08771-99 | 1 |
Додаткове обладнання
| Позиція | Обладнання | Кількість |
|---|---|---|
| 1 | Клейка стрічка | 1 |
| 2 | Білий аркуш паперу | 1 |
| 3 | Шматок картону | 1 |
| 4 | Голка | 1 |
Складання (1/2)
Схема установки без розсіювальної лінзи
Ковзні опори для кріплення компонентів ставлять на оптичну лаву так, як показано на рисунку, з рисками на таких позиціях.
- Ковзна опора з діодним лазером на .
- Оправа зі вставленою діафрагмою з отвором з дифракційними об'єктами на .
Для дослідження дифракції на круглих діафрагмах вигідно додати розсіювальну лінзу , щоб отримати збільшене зображення дифракційної картини (у набір не входить). Для цього оправу зі вставленою діафрагмою з отвором ставлять на , а лінзу в оправі - приблизно на .
Складання (2/2)
Схема установки з розсіювальною лінзою
Екран закріплюють у ковзній опорі й розміщують на .
Схема установки без розсіювальної лінзи
Екран закріплюють у ковзній опорі й ставлять приблизно за від діафрагми.
Виконання
На екрані, нормаль до поверхні якого спрямована вздовж оптичної осі, клейкою стрічкою закріплюють аркуш паперу. Приміщення затемнюють.
Спочатку по черзі симетрично освітлюють лазерним світлом діафрагми з отвором.
Тепер на екрані можна спостерігати концентричні кола. Щоб визначити діаметри , кола мінімумів позначають на аркуші.
Відстань між дифракційним об'єктом і екраном визначають рулеткою. Діаметри кіл визначають штангенциркулем.
Протокол
Завдання 1
Перетягніть картки у правильні поля. Дифракційна картина складається з червоного ____ і концентричних із ним кільцевих кольорових ____, ____ яких назовні сильно спадає. Кожне з цих кілець містить ____ від фіолетового до червоного - якщо дивитися від спільного центра.
Завдання 2
Питання
Завдання 3
Завдання на схемі: розташуйте підписи по місцях. Підписи: Як записується рівняння дифракції світла на вузькій перемичці? Обчисліть тепер середню довжину хвилі світла за умови, що це рівняння наближено справджується і для дифракції на вузькому круглому отворі.; \lambda = \qquad\qquad\,\,\,\,/\,\,\,\,\qquad\qquad; ·; Відстань дифракційна щілина - площина спостереження; Відстань n-го інтерференційного мінімуму від оптичної осі; Ширина щілини; Порядок інтерференційного мінімуму; d_n; r; n; b. Місця на схемі: d; b; e; n.
Завдання 4 і 5
Питання
Питання
Питання