Інформація для вчителів
Застосування
Оптичні ґратки мають багато сфер застосування в науці й у промисловості. Наприклад, у вигляді заломлювальних лінз або ж для визначення малих відстаней.
Так, наприклад, програвач компакт-дисків використовує перші максимуми інтенсивності заломлення лазерного променя на доріжках CD, щоб зчитувати збережену на CD інформацію.
Схема досліду
Інша інформація для вчителів (1/2)
Попередні знання
Як попередні знання учням мають бути відомі як променева модель, так і хвильова модель світла. Так само важливими є початкові знання щодо інтерференції та елементарної хвилі Гюйгенса.
Принцип
Світло, яке надходить від світлодіода до лінзи, збирається збиральною лінзою і концентрується у світлову пляму на CD (променева оптика). На металевій поверхні CD промінь світла відбивається і потрапляє на доріжки CD (ґратка). Тут за принципом Гюйгенса виникають елементарні хвилі (хвильова оптика). Вони інтерферують і так утворюють мінімуми та максимуми інтенсивності.
Інша інформація для вчителів (2/2)
Навчальна мета
Учні мають на прикладі CD зрозуміти явище дифракції на ґратці.
Завдання
- Вимірювання перших максимумів інтенсивності за сталої відстані до ґратки
- Схематичне зображення перебігу досліду та його пояснення
- Визначення сталої ґратки g у вигляді відстані між доріжками CD
Інформація для учнів
Мотивація
Визначення відстаней між доріжками CD є прикладом комерційного використання розсіяння на ґратці.
Так, звичайний побутовий програвач компакт-дисків використовує ефект, який у цьому досліді застосовують для визначення відстані, щоб у нормальному режимі роботи зчитувати інформацію з CD.
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Основа штатива, PHYWE | 02001-00 | 1 |
| 2 | Штативний стрижень, нерж. ст., l=600 мм, d = 10 мм | 02037-00 | 2 |
| 3 | Ковзна опора без кутової шкали | 09851-02 | 1 |
| 4 | Тримач діафрагм, накидний | 11604-09 | 1 |
| 5 | Лінза на ковзній опорі, f = +100 мм | 09820-02 | 1 |
| 6 | Лінза на ковзній опорі, f = +300 мм | 09820-04 | 1 |
| 7 | Світлодіод - червоний, з послідовним резистором і гніздами 4 мм, на платі-носії | 09852-20 | 1 |
| 8 | Світлозахисний тубус для світлодіода, Dвн = 8 мм, l = 40 мм | 09852-01 | 1 |
| 9 | Рулетка, l=2 м | 09936-00 | 1 |
| 10 | PHYWE Джерело живлення пост. струм: 0...12 В, 2 A / змін. струм: 6 В, 12 В, 5 A | 13506-93 | 1 |
| 11 | З'єднувальний провідник, 750 мм, червоний | 07362-01 | 1 |
| 12 | З'єднувальний провідник, 750 мм, синій | 07362-04 | 1 |
Складання (1/3)
- Складання відповідно до рисунка, наведеного нижче.
- Надінь тубус на світлодіод, ковзну опору зі світлодіодом постав на оптичній лаві якомога далі назовні.
Розмістити оптичну лаву
Розмістити тримач екрана
Розмістити світлодіод
Складання (2/3)
- Приклей CD до ковзної опори так, щоб світло потрапляло на CD якомога далі скраю (там, де доріжки мають не таку сильну кривину).
- Установи CD якомога далі на іншому кінці оптичної лави (аркуш паперу поки що не потрібен).
Установити тримач CD якомога далі позаду
Приклеїти CD
Складання (3/3)
- Під'єднай світлодіод до блока живлення (8 В).
- Увага: стеж за правильною полярністю світлодіода!
Під'єднати світлодіод
Готово!!
Виконання (1/2)
Наведення на різкість
- Лінзу пересувають на штативному приладді вперед і назад, доки на CD не стане видно якомога різкішу (і меншу) світлову пляму.
- Папір тримають з боку CD отвором безпосередньо перед лінзою так, щоб світлову пляму на CD було все ще видно. На папері тепер праворуч і ліворуч від лінзи можна спостерігати відбиті світлові плями.
Установити екран
Виконання (2/2)
- Виміряй відстань між світловими плямами ліворуч і праворуч від лінзи й запиши її як 2·a в таблицю 1 у протоколі.
- Виміряй відстань між папером і CD. Запиши цю відстань як l.
Відстань між папером і лінзою
Протокол
Завдання 1
Занеси свої результати вимірювань у наведену нижче таблицю і визнач середнє значення.
2a в см
l в см
Вимірювання 1 Вимірювання 2 Вимірювання 3 Середнє значення
2a: l:
2a: 2:
2a: 3:
2a: сер.:
:l :1
l:2:
l: 3:
l: сер.:
Завдання 2
Візьми аркуш паперу й олівець і накресли схему досліду. Потім нанеси хід променів.
Завдання 3
Перетягни слова у правильні пропуски. ____ потрапляють на поверхню CD і ____ від металевого шару. На зворотному шляху вони потім ____ на доріжках. Через це виникає ____. Тому світлові плями на папері є першими ____ ____ на ____.
Завдання 4
Скористайся формулами для оптичної ґратки, щоб обчислити сталу ґратки g. Тут a - відстань до першого максимуму інтенсивності, l - відстань екрана від ґратки (у цьому разі - CD), а - довжина хвилі світла (у цьому разі 631 нм).
0: g:
g = m