प्रयोगशाला कार्य 5 हस्तक्षेप और विवर्तन का अवलोकन। विषय पर भौतिकी में प्रयोगशाला कार्य: "प्रकाश का हस्तक्षेप और विवर्तन" (ग्रेड 11)। "एक संकीर्ण झिरी द्वारा प्रकाश विवर्तन का अवलोकन"

फ़ोटोग्राफ़िक सामग्री का उपयोग ग्रेड 9 और 11 के भौतिकी पाठों, अनुभाग "वेव ऑप्टिक्स" में किया जा सकता है।

पतली फिल्मों में हस्तक्षेप

इंद्रधनुषी रंग प्रकाश तरंगों के हस्तक्षेप से उत्पन्न होते हैं। जब प्रकाश किसी पतली फिल्म से होकर गुजरता है तो उसका कुछ भाग परावर्तित हो जाता है बाहरी सतह, जबकि दूसरा भाग फिल्म में प्रवेश करता है और आंतरिक सतह से परावर्तित होता है।

किसी भी सतह पर सभी पतली, प्रकाश संचारित करने वाली फिल्मों में हस्तक्षेप देखा जाता है; चाकू ब्लेड के मामले में, ऑक्सीकरण प्रक्रिया के दौरान एक पतली फिल्म (कलंकित) बनती है पर्यावरणधातु की सतह पर.

प्रकाश का विवर्तन

कॉम्पैक्ट डिस्क की सतह पॉलिमर की सतह पर एक राहत सर्पिल ट्रैक है, जिसकी पिच दृश्य प्रकाश की तरंग दैर्ध्य के अनुरूप है। ऐसी व्यवस्थित और बारीक संरचित सतह पर, विवर्तन और हस्तक्षेप की घटनाएं दिखाई दीं, जो सफेद रोशनी में देखी गई सीडी हाइलाइट्स के इंद्रधनुषी रंग का कारण है।

आइए छोटे व्यास वाले छिद्रों के माध्यम से एक गरमागरम लैंप को देखें। प्रकाश तरंग के मार्ग में एक बाधा उत्पन्न होती है, और वह उसके चारों ओर झुक जाती है; व्यास जितना छोटा होगा, विवर्तन उतना ही मजबूत होगा (प्रकाश वृत्त दिखाई देते हैं)। कार्डबोर्ड में छेद जितना छोटा होता है, उतनी ही कम किरणें छेद से होकर गुजरती हैं गरमागरम लैंप फिलामेंट की छवि स्पष्ट है, और प्रकाश का अपघटन अधिक तीव्र है।

आइए नायलॉन के माध्यम से एक गरमागरम दीपक और सूर्य को देखें। नायलॉन विवर्तन झंझरी के रूप में कार्य करता है। जितनी अधिक परतें होंगी, विवर्तन उतना ही अधिक तीव्र होगा।

प्रयोगशाला कार्य संख्या 4

प्रकाश विवर्तन की घटना का अध्ययन।

पाठ का सीखने का लक्ष्य:विवर्तन झंझरी पर प्रकाश विवर्तन की घटना का उपयोग वर्णक्रमीय उपकरणों में किया जाता है और यह किसी को स्पेक्ट्रम की दृश्य सीमा में तरंग दैर्ध्य निर्धारित करने की अनुमति देता है। इसके अलावा, विवर्तन के नियमों का ज्ञान किसी को ऑप्टिकल उपकरणों की संकल्प शक्ति निर्धारित करने की अनुमति देता है। एक्स-रे विवर्तन परमाणुओं की नियमित व्यवस्था के साथ निकायों की संरचना को निर्धारित करना और विनाश के बिना निकायों की संरचना की नियमितता के उल्लंघन के कारण होने वाले दोषों को निर्धारित करना संभव बनाता है।

मूलभूत सामग्री:कार्य को सफलतापूर्वक पूरा करने और पारित करने के लिए, आपको तरंग प्रकाशिकी के नियमों को जानना होगा।

पाठ की तैयारी:

भौतिकी पाठ्यक्रम: दूसरा संस्करण, 2004, अध्याय। 22, पृ., 431-453.

, "सामान्य भौतिकी का पाठ्यक्रम", 1974, §19-24, पृ.113-147।

भौतिकी पाठ्यक्रम. 8वां संस्करण, 2005, §54-58, पृ.470-484।

प्रकाशिकी और परमाणु भौतिकी, 2000: अध्याय 3, पृ. 74-121.

आवक नियंत्रण:प्रयोगशाला कार्य की तैयारी तैयार प्रयोगशाला कार्य प्रपत्र के अनुसार नियंत्रित की जाती है सामान्य आवश्यकताएँऔर सवालों के जवाब:

1. एक विवर्तन झंझरी एक गरमागरम लैंप से प्रकाश को एक स्पेक्ट्रम में क्यों विभाजित करती है?

2. विवर्तन झंझरी से कितनी दूरी पर विवर्तन का निरीक्षण करना सर्वोत्तम है?

3.यदि गरमागरम लैंप को हरे कांच से ढक दिया जाए तो स्पेक्ट्रम कैसा दिखेगा?

4. माप कम से कम तीन बार लेने की आवश्यकता क्यों है?

5.स्पेक्ट्रम का क्रम कैसे निर्धारित किया जाता है?

6.स्पेक्ट्रम का कौन सा रंग स्लिट के करीब स्थित है और क्यों?

उपकरण और सहायक उपकरण: डिफ़्रैक्शन ग्रेटिंग,

सैद्धांतिक परिचय और पृष्ठभूमि:

आइसोट्रोपिक (सजातीय) माध्यम में फैलने वाली कोई भी तरंग, जिसके गुण एक बिंदु से दूसरे बिंदु पर नहीं बदलते हैं, अपने प्रसार की दिशा बनाए रखती है। अनिसोट्रोपिक (अमानवीय) माध्यम में, जहां तरंगें गुजरती हैं, वे तरंग मोर्चे की सतह पर आयाम और चरण में असमान परिवर्तन का अनुभव करती हैं, प्रसार की प्रारंभिक दिशा बदल जाती है। इस घटना को विवर्तन कहा जाता है। विवर्तन किसी भी प्रकृति की तरंगों में अंतर्निहित होता है,और व्यावहारिक रूप से आयताकार से प्रकाश प्रसार की दिशा के विचलन में प्रकट होता है।

विवर्तन तरंगाग्र, आयाम या चरण में किसी भी स्थानीय परिवर्तन के साथ होता है। इस तरह के परिवर्तन तरंग (स्क्रीन) के मार्ग में अपारदर्शी या आंशिक रूप से पारदर्शी बाधाओं की उपस्थिति, या एक अलग अपवर्तक सूचकांक (चरण प्लेट) के साथ माध्यम के वर्गों के कारण हो सकते हैं।

जो कहा गया है उसका सारांश देते हुए, हम निम्नलिखित सूत्र बना सकते हैं:

छिद्रों से होकर और स्क्रीन के किनारों के पास से गुजरते समय प्रकाश तरंगों के रेक्टिलिनियर प्रसार से विचलन की घटना को कहा जाता है विवर्तन.

प्रकृति की परवाह किए बिना, यह गुण सभी तरंगों में निहित है। संक्षेप में, विवर्तन हस्तक्षेप से अलग नहीं है। जब स्रोत कम हों तो उनकी संयुक्त क्रिया के परिणाम को व्यतिकरण कहते हैं और यदि स्रोत बहुत हों तो विवर्तन की बात करते हैं। जिस वस्तु पर विवर्तन होता है उसके पीछे जिस दूरी से तरंग देखी जाती है, उसके आधार पर विवर्तन को प्रतिष्ठित किया जाता है Fraunhoferया Fresnel:

· यदि विवर्तन पैटर्न को विवर्तन पैदा करने वाली वस्तु से एक सीमित दूरी पर देखा जाता है और तरंग अग्र भाग की वक्रता को ध्यान में रखा जाना चाहिए, तो हम कहते हैं फ़्रेज़नेल विवर्तन. फ़्रेज़नेल विवर्तन के साथ, स्क्रीन पर एक बाधा की विवर्तन छवि देखी जाती है;

· यदि तरंग अग्रभाग समतल (समानांतर किरणें) हैं और विवर्तन पैटर्न अनंत रूप से बड़ी दूरी पर देखा जाता है (इसके लिए लेंस का उपयोग किया जाता है), तो हम किस बारे में बात कर रहे हैं फ्राउनहोफर विवर्तन.

इस कार्य में, प्रकाश की तरंग दैर्ध्य निर्धारित करने के लिए विवर्तन की घटना का उपयोग किया जाता है।

ए"। जब तरंग अग्र झिरी तक पहुंचता है और स्थिति AB (चित्र 1) लेता है, तो चित्र 2 ह्यूजेन्स सिद्धांत के अनुसार इस तरंग अग्र भाग के सभी बिंदु गोलाकार द्वितीयक तरंगों के सुसंगत स्रोत होंगे जो तरंग अग्र भाग की गति की दिशा में फैलेंगे।

आइए एबी विमान के बिंदुओं से उस दिशा में फैलने वाली तरंगों पर विचार करें जो मूल के साथ एक निश्चित कोण बनाती है (चित्र 2)। यदि समतल AB के समानांतर एक लेंस इन किरणों के पथ में रखा जाए, तो किरणें, अपवर्तन के बाद, लेंस के फोकल तल में स्थित स्क्रीन के किसी बिंदु M पर एकत्रित होंगी और एक दूसरे के साथ हस्तक्षेप करेंगी (बिंदु O है) लेंस का मुख्य फोकस)। आइए हम बिंदु A से चयनित किरणों की किरण की दिशा में एक लंबवत AC को नीचे करें। फिर, एसी तल से और आगे लेंस के फोकल तल तक, समानांतर किरणें अपना पथ अंतर नहीं बदलती हैं।

पथ अंतर, जो हस्तक्षेप की स्थिति निर्धारित करता है, केवल प्रारंभिक सामने एबी से विमान एसी तक पथ पर होता है और विभिन्न किरणों के लिए अलग होता है। इन किरणों के हस्तक्षेप की गणना करने के लिए, हम फ़्रेज़नेल ज़ोन विधि का उपयोग करते हैं। ऐसा करने के लिए, मानसिक रूप से रेखा BC को l/2 लंबाई के कई खंडों में विभाजित करें। की दूरी पर BC= एपाप जे z = फिट होगा ए×पाप जे/(0.5एल) ऐसे खंडों का। इन खंडों के सिरों से AC के समानांतर रेखाएँ खींचते हुए जब तक वे AB से न मिलें, हम स्लिट वेव फ्रंट को समान चौड़ाई की कई पट्टियों में विभाजित करेंगे, ये धारियाँ दिखाई देंगी इस मामले में फ़्रेज़नेल क्षेत्र.

उपरोक्त निर्माण से यह पता चलता है कि प्रत्येक दो आसन्न फ्रेस्नेल जोन से आने वाली तरंगें विपरीत चरणों में बिंदु एम पर पहुंचती हैं और एक दूसरे को रद्द कर देती हैं। अगरइस निर्माण के साथ जोनों की संख्यायह पता चला है यहां तक ​​की, तो आसन्न क्षेत्रों का प्रत्येक जोड़ा स्क्रीन पर एक दिए गए कोण पर एक दूसरे को रद्द कर देगा इच्छा न्यूनतमरोशनी

https://pandia.ru/text/80/353/images/image005_9.gif' width='25' ऊंचाई='14 src='>.

इस प्रकार, यदि झिरी के किनारों से आने वाली किरणों के पथ में अंतर अर्ध-तरंगों की सम संख्या के बराबर है, तो हम स्क्रीन पर काली धारियाँ देखेंगे। उनके बीच के अंतराल में अधिकतम रोशनी देखी जाएगी। वे उन कोणों के अनुरूप होंगे जिनके लिए तरंग अग्रभाग टूटता है विषमसंख्या फ़्रेज़नेल क्षेत्र https://pandia.ru/text/80/353/images/image007_9.gif" width=”143” ऊंचाई=”43 src=”> , (2)

जहां k = 1, 2, 3,… ,https://pandia.ru/text/80/353/images/image008_7.gif" ign=”left” width=”330” ऊंचाई=”219”>सूत्र (1 ) और (2) प्राप्त किया जा सकता है, और यदि हम सीधे प्रयोगशाला कार्य संख्या 66 से हस्तक्षेप की स्थिति का उपयोग करते हैं। वास्तव में, यदि हम आसन्न फ्रेस्नेल जोन से दो किरणें लेते हैं ( यहां तक ​​कीज़ोन की संख्या), तो उनके बीच का पथ अंतर आधे तरंग दैर्ध्य के बराबर है, अर्थात विषमआधी तरंगों की संख्या. परिणामस्वरूप, हस्तक्षेप करके ये किरणें स्क्रीन पर न्यूनतम रोशनी प्रदान करती हैं, अर्थात स्थिति (1) प्राप्त होती है। चरम फ़्रेज़नेल ज़ोन से आने वाली किरणों के लिए भी ऐसा ही करें विषमजोनों की संख्या से हमें सूत्र (2) प्राप्त होता है।

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· यदि अंतर बहुत संकीर्ण है (<< l), то вся поверхность щели является лишь небольшой частью зоны Френеля, и колебания от всех точек ее будут по любому направлению распространяться почти в одинаковой фазе. В результате во всех точках экран будет очень слабо равномерно освещен. Можно сказать, что свет через щель практически не проходит.

· यदि अंतर बहुत चौड़ा है ( ए>> एल), तो पहला न्यूनतम पहले से ही एक कोण पर आयताकार प्रसार से बहुत छोटे विचलन के अनुरूप होगा। इसलिए, स्क्रीन पर हमें स्लिट की एक ज्यामितीय छवि मिलती है, जो किनारों पर पतली बारी-बारी से अंधेरे और हल्की धारियों से घिरी होती है।

स्पष्ट विवर्तन उतारऔर न्यूनतमकेवल मध्यवर्ती मामले में देखा जाएगा, जब स्लिट चौड़ाई पर एकई फ़्रेज़नेल ज़ोन फिट होंगे।

गैर-मोनोक्रोमैटिक के साथ स्लिट को रोशन करते समय ( सफ़ेद) प्रकाश के साथ, विभिन्न रंगों के लिए विवर्तन मैक्सिमा अलग हो जाएगा। जितना छोटा एल, उतना छोटा कोण जिस पर विवर्तन मैक्सिमा मनाया जाता है। सभी रंगों की किरणें शून्य के बराबर पथ अंतर के साथ स्क्रीन के केंद्र तक पहुंचती हैं केंद्र में छवि सफेद होगी. सहीऔर बाएंविवर्तन पैटर्न केंद्रीय अधिकतम से देखा जाएगा स्पेक्ट्रा पहला, दूसराऔर वगैरह।. आदेश देना।

डिफ़्रैक्शन ग्रेटिंग

विवर्तन मैक्सिमा की तीव्रता को बढ़ाने के लिए, वे एक स्लिट का नहीं, बल्कि एक विवर्तन झंझरी का उपयोग करते हैं।

विवर्तन झंझरी समान चौड़ाई के समानांतर स्लिटों की एक श्रृंखला है ए, चौड़ाई के अपारदर्शी अंतराल द्वारा अलग किया गया बी. जोड़ ए+ बी = डीबुलाया अवधिया स्थिरडिफ़्रैक्शन ग्रेटिंग।

विवर्तन झंझरी कांच या धातु (इंच) पर बनाई जाती है बाद वाला मामलाझंझरी को परावर्तक कहा जाता है)। सबसे पतले हीरे की नोक के साथ, एक विभाजन मशीन का उपयोग करके, समान चौड़ाई और एक दूसरे से समान दूरी पर स्थित पतले समानांतर स्ट्रोक की एक श्रृंखला लागू की जाती है। इस मामले में, सभी दिशाओं में प्रकाश बिखेरने वाले स्ट्रोक अपारदर्शी स्थानों की भूमिका निभाते हैं, और प्लेट के अछूते क्षेत्र स्लिट की भूमिका निभाते हैं। कुछ झंझरी में प्रति 1 मिमी रेखाओं की संख्या 2000 तक पहुँच जाती है।

आइए हम N स्लिट से विवर्तन पर विचार करें। जब प्रकाश समान स्लिटों की प्रणाली से होकर गुजरता है, तो विवर्तन पैटर्न काफी अधिक जटिल हो जाता है। इस मामले में, किरणें विवर्तित होती हैं अलगस्लिट, लेंस के फोकल तल में एक दूसरे को ओवरलैप करते हैं और हस्तक्षेप आपस में. यदि स्लिटों की संख्या N है, तो N किरणें एक दूसरे के साथ हस्तक्षेप करती हैं। विवर्तन के फलस्वरूप निर्माण की स्थिति बनती है विवर्तन मैक्सिमारूप ले लेगा

https://pandia.ru/text/80/353/images/image014_4.gif" width='31' ऊंचाई='14 src='>. (3)

एकल-स्लिट विवर्तन की तुलना में, स्थिति विपरीत में बदल गई है:

मैक्सिमा संतोषजनक स्थिति (3) कहलाती है मुख्य. मिनिमा की स्थिति नहीं बदलती है, क्योंकि जिन दिशाओं में कोई भी स्लिट प्रकाश नहीं भेजता है, वे एन स्लिट के साथ भी इसे प्राप्त नहीं करते हैं।

इसके अलावा, ऐसी संभावित दिशाएँ भी हैं जिनमें विभिन्न झिरियों द्वारा भेजा गया प्रकाश बुझ जाता है (परस्पर नष्ट हो जाता है)। सामान्य तौर पर, N स्लिट से विवर्तन उत्पन्न होता है:

1) मुख्य उतार

https://pandia.ru/text/80/353/images/image017_4.gif' width='223' ऊंचाई='25'>;

3) अतिरिक्तन्यूनतम.

यहाँ, पहले की तरह, ए- स्लॉट की चौड़ाई;

डी = ए + बी– विवर्तन झंझरी की अवधि.

दो मुख्य मैक्सिमा के बीच N-1 अतिरिक्त मिनिमा होता है, जो सेकेंडरी मैक्सिमा (चित्र 5) से अलग होता है, जिसकी तीव्रता काफी होती है कम तीव्रतामुख्य मैक्सिमा.

बशर्ते 0 " style='margin-left:5.4pt;border-collapse:collapse'>

विवर्तन झंझरी का रिज़ॉल्यूशन l/Dl किसी दिए गए स्पेक्ट्रम में एक दूसरे के करीब दो तरंग दैर्ध्य l1 और l2 के लिए रोशनी मैक्सिमा को अलग करने की झंझरी की क्षमता को दर्शाता है। यहाँ Dl = l2 – l1. यदि एल/डीएल > के.एन., तो l1 और l2 के लिए रोशनी मैक्सिमा kवें क्रम के स्पेक्ट्रम में हल नहीं होती है।

कार्य - आदेश:

अभ्यास 1. विवर्तन झंझरी का उपयोग करके प्रकाश की तरंग दैर्ध्य निर्धारित करना।

1. स्केल को स्लिट के साथ घुमाकर, विवर्तन झंझरी को स्लिट से एक निश्चित दूरी "y" पर सेट करें।

2. शून्य अधिकतम के दोनों ओर पहले, दूसरे, तीसरे क्रम का स्पेक्ट्रा खोजें।

3. शून्य अधिकतम और साथ में स्थित प्रथम अधिकतम के बीच की दूरी मापें दाहिनी ओरशून्य से - x1, शून्य अधिकतम और साथ में स्थित प्रथम अधिकतम के बीच बाईं तरफचित्र 6 से शून्य - x2. इस अधिकतम तीव्रता के अनुरूप कोण j खोजें और निर्धारित करें। "y" के तीन मानों के लिए पहले, दूसरे और तीसरे क्रम के स्पेक्ट्रा में बैंगनी, हरे और लाल रंगों की अधिकतमता के लिए माप किया जाना चाहिए। उदाहरण के लिए, के लिए य 1 = 15, य 2 = 20 और य 3 = 30 सेमी.

4. जाली स्थिरांक को जानना ( डी= 0.01 मिमी) और कोण j जिस पर किसी दिए गए रंग और क्रम की अधिकतम तीव्रता देखी जाती है, सूत्र का उपयोग करके तरंग दैर्ध्य l ज्ञात करें:

यहाँ केमॉड्यूलो लिया.

5. स्पेक्ट्रम के बैंगनी, हरे और लाल क्षेत्रों के अनुरूप पाई गई तरंग दैर्ध्य के लिए पूर्ण त्रुटि की गणना करें।

6. माप और गणना के परिणाम तालिका में दर्ज करें।

रंग	य,एम	के	एक्स 1 ,एम	एक्स 2 , एम	एम	एल, एन.एम	, एन.एम	डी एल, एन.एम
1	2	3	4	5	6	7	8	9
लाल		1
2
	1
2
	1
2

1	2	3	4	5	6	7	8	9
हरा		1
2
	1
2
	1
2
बैंगनी		1
2
	1
2
	1
2

परीक्षण प्रश्न और असाइनमेंट.

1. विवर्तन की घटना क्या है?

2. फ़्रेज़नेल विवर्तन फ़्रौनहोफ़र विवर्तन से किस प्रकार भिन्न है?

3. ह्यूजेन्स-फ्रेस्नेल सिद्धांत तैयार करें।

4. हम ह्यूजेन्स-फ्रेस्नेल सिद्धांत का उपयोग करके विवर्तन की व्याख्या कैसे कर सकते हैं?

5. फ्रेस्नेल जोन क्या हैं?

6. विवर्तन देखने के लिए किन शर्तों को पूरा करना होगा?

7. एकल झिरी से विवर्तन का वर्णन करें।

8. विवर्तन झंझरी द्वारा विवर्तन। इस मामले और एकल-स्लिट विवर्तन के बीच मूलभूत अंतर क्या है?

9. किसी दिए गए विवर्तन झंझरी के लिए विवर्तन स्पेक्ट्रा की अधिकतम संख्या कैसे निर्धारित करें?

10. कोणीय फैलाव और संकल्प जैसी विशेषताएं क्यों पेश की गई हैं?

प्रयोगशाला कार्य क्रमांक 1 3

विषय: प्रकाश के व्यतिकरण एवं विवर्तन की घटनाओं का अवलोकन

लक्ष्य: प्रयोग के दौरान विवर्तन और अंतर के अस्तित्व को साबित करें

हस्तक्षेप, और हस्तक्षेप के गठन के कारणों की व्याख्या करने में भी सक्षम हो

tion और विवर्तन पैटर्न

यदि प्रकाश तरंगों की एक धारा है, तो घटना का अवलोकन किया जाना चाहिए दखल अंदाजी,यानी, दो या दो से अधिक तरंगों का योग। हालाँकि, दो स्वतंत्र प्रकाश स्रोतों का उपयोग करके एक हस्तक्षेप पैटर्न (रोशनी की अधिकतम और न्यूनतम सीमा) प्राप्त करना असंभव है।

एक स्थिर हस्तक्षेप पैटर्न प्राप्त करने के लिए, सुसंगत (सुसंगत) तरंगों की आवश्यकता होती है। अंतरिक्ष में किसी भी बिंदु पर उनकी आवृत्ति समान और स्थिर चरण अंतर (या पथ अंतर) होना चाहिए।

साबुन के बुलबुले की सतह पर, पानी की सतह पर मिट्टी के तेल या तेल की पतली फिल्मों पर एक स्थिर हस्तक्षेप पैटर्न देखा जाता है।

न्यूटन ने एक कांच की प्लेट और उस पर लगाए गए एक फ्लैट-उत्तल लेंस के बीच हवा की एक पतली परत में प्रकाश के व्यवहार को देखकर एक सरल हस्तक्षेप पैटर्न प्राप्त किया।

विवर्तन- तरंगों का बाधाओं के किनारों के चारों ओर झुकना किसी भी तरंग घटना में अंतर्निहित है। तरंगें केवल उन बाधाओं पर ध्यान देने योग्य कोणों पर आयताकार प्रसार से विचलित होती हैं जिनके आयाम तरंग दैर्ध्य के तुलनीय होते हैं, और प्रकाश तरंग दैर्ध्य बहुत छोटा होता है (4 10 -7 मीटर - 8 10 -7 मीटर)।

इस प्रयोगशाला में हम हस्तक्षेप और का निरीक्षण कर सकेंगे

विवर्तन, साथ ही सिद्धांत के आधार पर इन घटनाओं की व्याख्या करें।

उपकरण: -कांच की प्लेटें - 2 पीसी ।;

नायलॉन या कैम्ब्रिक के टुकड़े;

सीधा फिलामेंट लैंप, मोमबत्ती;

नली का व्यास

कार्य - आदेश:

टिप्पणी : प्रत्येक प्रयोग के कार्यान्वयन पर एक रिपोर्ट तैयार की जानी चाहिए

निम्नलिखित चित्र: 1) ड्राइंग;

2) अनुभव की व्याख्या.

मैं . प्रकाश हस्तक्षेप की घटना का अवलोकन।

1. कांच की प्लेटों को अच्छी तरह पोंछें, उन्हें एक साथ मोड़ें और अपनी उंगलियों से निचोड़ें।

2. परावर्तित प्रकाश में प्लेटों का परीक्षण करें , एक गहरे रंग की पृष्ठभूमि पर (उन्हें रखें

यह आवश्यक है ताकि कांच की सतह पर बहुत उज्ज्वल प्रतिबिंब न बनें

खिड़कियों या सफेद दीवारों से)।

3. कुछ स्थानों पर जहां प्लेटें स्पर्श करती हैं, चमकीले इंद्रधनुषी रंग देखे जाते हैं

अंगूठी के आकार की या अनियमित आकार की धारियाँ।

4. प्रेक्षित व्यतिकरण पैटर्न बनाएं।

द्वितीय . विवर्तन घटना का अवलोकन.

a) 1. कैलीपर के जबड़ों के बीच 0.05 मिमी चौड़ा गैप स्थापित करें।

2. स्लिट को लंबवत स्थिति में रखते हुए आंख के पास रखें।

3. ऊर्ध्वाधर रूप से स्थित चमकदार धागे को झिरी से देखना

दीपक, मोमबत्ती, घड़ी, धागे के दोनों तरफ इंद्रधनुषी धारियां होती हैं

(विवर्तन स्पेक्ट्रा)।

4. स्लिट की चौड़ाई बढ़ाकर, ध्यान दें कि यह परिवर्तन विवर्तन को कैसे प्रभावित करता है

चित्र.

5. स्लिट से प्राप्त विवर्तन स्पेक्ट्रा का रेखाचित्र बनाएं और समझाएं

दीपक और मोमबत्ती के लिए कैलीपर्स।

बी) 1. नायलॉन के टुकड़ों का उपयोग करके विवर्तन स्पेक्ट्रा का निरीक्षण करें

2. पैच पर प्राप्त विवर्तन पैटर्न बनाएं और समझाएं

तृतीय . प्रयोगों का संचालन करने के बाद, अवलोकनों के परिणामों के आधार पर एक सामान्य निष्कर्ष निकालें।

सुरक्षा प्रश्न:

1. यह एक साधारण कमरे में क्यों नहीं देखा जाता है जहां कई प्रकाश स्रोत होते हैं?

दखल अंदाजी? इन स्रोतों को किस शर्त को पूरा करना चाहिए?

यह शर्त बताएं.

2. साबुन के बुलबुले की सतह पर कौन सी घटना देखी जाती है?

इस घटना की व्याख्या किसने और कैसे की?

3. जंग का अनुभव क्या है? इसके परिणाम क्या हैं?

4. प्रकाश तरंग किन बाधाओं के चारों ओर झुक सकती है?

5. प्रेक्षण में व्यतिकरण और विवर्तन सहित कौन सी घटना घटी?

आपके पास जो अनुभव हैं? यह कैसे प्रकट हुआ?

प्रयोगशाला कार्यविषय पर : "प्रकाश के व्यतिकरण और विवर्तन का अवलोकन"

कार्य का उद्देश्य: व्यतिकरण और विवर्तन की घटना का प्रयोगात्मक रूप से अध्ययन करें।

उपकरण: एक सीधे फिलामेंट वाला इलेक्ट्रिक लैंप, दो ग्लास प्लेट, एक ग्लास ट्यूब, साबुन के घोल वाला एक ग्लास, 30 मिमी व्यास वाले हैंडल के साथ एक तार की अंगूठी, एक सीडी, नायलॉन कपड़ा, एक हल्का फिल्टर।

लिखित: हस्तक्षेप किसी भी प्रकृति की तरंगों की विशेषता वाली घटना है: यांत्रिक, विद्युत चुम्बकीय।

तरंग हस्तक्षेप – अंतरिक्ष में दो (या कई) तरंगों का योग, जिसमें विभिन्न बिंदुओं पर परिणामी तरंग मजबूत या कमजोर हो जाती है .

हस्तक्षेप आमतौर पर तब देखा जाता है जब एक ही प्रकाश स्रोत द्वारा उत्सर्जित तरंगें, अलग-अलग तरीकों से किसी दिए गए बिंदु पर पहुंचती हैं, ओवरलैप होती हैं। दो स्वतंत्र स्रोतों से हस्तक्षेप पैटर्न प्राप्त करना असंभव है, क्योंकि अणु या परमाणु एक दूसरे से स्वतंत्र, तरंगों की अलग-अलग ट्रेनों में प्रकाश उत्सर्जित करते हैं। परमाणु प्रकाश तरंगों (ट्रेनों) के टुकड़े उत्सर्जित करते हैं, जिनमें दोलन चरण यादृच्छिक होते हैं। रेलगाड़ियाँ लगभग 1 मीटर लंबी होती हैं। विभिन्न परमाणुओं की तरंग रेलगाड़ियाँ एक दूसरे को ओवरलैप करती हैं। परिणामी दोलनों का आयाम समय के साथ इतनी तेजी से बदलता है कि आंख को पैटर्न में इस बदलाव को महसूस करने का समय नहीं मिलता है। इसलिए, एक व्यक्ति अंतरिक्ष को समान रूप से प्रकाशित देखता है। एक स्थिर हस्तक्षेप पैटर्न बनाने के लिए, सुसंगत (मिलान) तरंग स्रोतों की आवश्यकता होती है।

सुसंगत वे तरंगें जिनकी आवृत्ति समान होती है और चरण अंतर स्थिर होता है, कहलाती हैं।

बिंदु C पर परिणामी विस्थापन का आयाम दूरी d2 - d1 पर तरंग पथ के अंतर पर निर्भर करता है।

अधिकतम स्थिति

, (Δd=d 2 -डी 1 )

कहाँ क=0; ± 1; ± 2; ± 3 ;…

(तरंग पथ में अंतर अर्ध-तरंगों की सम संख्या के बराबर है)

स्रोत ए और बी से तरंगें समान चरणों में बिंदु सी पर पहुंचेंगी और "एक दूसरे को मजबूत करेंगी।"

φ ए =φ बी - दोलन चरण

Δφ=0 - चरण अंतर

ए=2एक्स अधिकतम

न्यूनतम शर्त

, (Δd=d 2 -डी 1 )

कहाँ क=0; ± 1; ± 2; ± 3;…

(तरंग पथ में अंतर अर्ध-तरंगों की विषम संख्या के बराबर है)

स्रोत ए और बी से तरंगें एंटीफ़ेज़ में बिंदु सी पर पहुंचेंगी और "एक दूसरे को रद्द कर देंगी।"

φ ए ≠φ बी - दोलन चरण

Δφ=π - चरण अंतर

ए=0 – परिणामी तरंग का आयाम.

हस्तक्षेप पैटर्न - बढ़ी हुई और घटी हुई प्रकाश तीव्रता वाले क्षेत्रों का नियमित परिवर्तन।

प्रकाश का हस्तक्षेप - जब दो या दो से अधिक प्रकाश तरंगें आरोपित होती हैं तो प्रकाश विकिरण की ऊर्जा का स्थानिक पुनर्वितरण।

विवर्तन के कारण, प्रकाश अपने रैखिक प्रसार से विचलित हो जाता है (उदाहरण के लिए, बाधाओं के किनारों के पास)।

विवर्तन – छोटे छिद्रों से गुजरते समय तरंग के सीधे प्रसार से विचलन की घटना और तरंग का छोटी बाधाओं के चारों ओर झुकना .

विवर्तन की स्थिति : डी< λ , कहाँ डी - बाधा का आकार,λ - तरंग दैर्ध्य। बाधाओं (छेद) के आयाम छोटे या तरंग दैर्ध्य के तुलनीय होने चाहिए।

इस घटना (विवर्तन) का अस्तित्व ज्यामितीय प्रकाशिकी के नियमों के अनुप्रयोग के दायरे को सीमित करता है और ऑप्टिकल उपकरणों के रिज़ॉल्यूशन की सीमा का कारण है।

डिफ़्रैक्शन ग्रेटिंग - एक ऑप्टिकल उपकरण जो एक आवधिक संरचना है बड़ी संख्यानियमित रूप से व्यवस्थित तत्व जिन पर प्रकाश विवर्तन होता है। किसी दिए गए विवर्तन झंझरी के लिए एक विशिष्ट और स्थिर प्रोफ़ाइल वाले स्ट्रोक एक ही अंतराल पर दोहराए जाते हैंडी (जाली अवधि). तरंग दैर्ध्य के अनुसार उस पर आपतित प्रकाश की किरण को अलग करने की विवर्तन झंझरी की क्षमता इसकी मुख्य संपत्ति है। इसमें परावर्तक और पारदर्शी विवर्तन झंझरी हैं।आधुनिक उपकरण मुख्य रूप से परावर्तक विवर्तन झंझरी का उपयोग करते हैं। .

विवर्तन को अधिकतम देखने की शर्त :

d·sinφ=k·λ,कहाँ क=0; ± 1; ± 2; ± 3; डी - जाली अवधि , φ - वह कोण जिस पर अधिकतम देखा जाता है, और λ - तरंग दैर्ध्य.

अधिकतम स्थिति से यह अनुसरण करता हैपापφ=(k·λ)/d .

मान लीजिए k=1, तो पापφ करोड़ =λ करोड़ /डीऔर पापφ एफ =λ एफ /डी।

ह ज्ञात है कि λ करोड़ >λ एफ , इस तरह पापφ करोड़ >पापφ एफ . क्योंकि y=sinφ एफ - तो, कार्य बढ़ रहा हैφ करोड़ >φ एफ

इसीलिए बैंगनीविवर्तन स्पेक्ट्रम में केंद्र के करीब स्थित है।

प्रकाश के व्यतिकरण और विवर्तन की घटनाओं में ऊर्जा संरक्षण के नियम का पालन किया जाता है . हस्तक्षेप क्षेत्र में, प्रकाश ऊर्जा को अन्य प्रकार की ऊर्जा में परिवर्तित किए बिना केवल पुनर्वितरित किया जाता है। कुल प्रकाश ऊर्जा के सापेक्ष हस्तक्षेप पैटर्न के कुछ बिंदुओं पर ऊर्जा में वृद्धि की भरपाई अन्य बिंदुओं पर इसकी कमी से होती है (कुल प्रकाश ऊर्जा स्वतंत्र स्रोतों से दो प्रकाश किरणों की प्रकाश ऊर्जा है)। हल्की धारियाँ ऊर्जा मैक्सिमा से मेल खाती हैं, गहरी धारियाँ ऊर्जा मिनिमा से मेल खाती हैं।

कार्य प्रगति:

अनुभव 1. तार की अंगूठी को साबुन के घोल में डुबोएं। तार के छल्ले पर साबुन की परत बन जाती है।

इसे लंबवत रखें. हम हल्की और गहरी क्षैतिज पट्टियाँ देखते हैं जिनकी चौड़ाई फिल्म की मोटाई बदलने के साथ बदलती रहती है।

स्पष्टीकरण। प्रकाश और गहरे रंग की धारियों की उपस्थिति को फिल्म की सतह से परावर्तित प्रकाश तरंगों के हस्तक्षेप से समझाया गया है। त्रिभुज d = 2h.प्रकाश तरंगों के पथ में अंतर फिल्म की मोटाई के दोगुने के बराबर होता है। लंबवत स्थित होने पर, फिल्म में पच्चर के आकार का आकार होता है। इसके ऊपरी हिस्से में प्रकाश तरंगों के पथ में अंतर निचले हिस्से की तुलना में कम होगा। फिल्म के उन स्थानों पर जहां पथ अंतर अर्ध-तरंगों की सम संख्या के बराबर है, हल्की धारियां देखी जाती हैं। और जब विषम संख्याअर्ध-तरंगें गहरे रंग की धारियां हैं। धारियों की क्षैतिज व्यवस्था को समान फिल्म मोटाई की रेखाओं की क्षैतिज व्यवस्था द्वारा समझाया गया है।

हम साबुन की फिल्म को सफेद रोशनी (एक दीपक से) से रोशन करते हैं। हम देखते हैं कि हल्की धारियाँ वर्णक्रमीय रंगों में रंगी हुई हैं: शीर्ष पर नीला, नीचे लाल।

स्पष्टीकरण। इस रंग को आपतित रंग की तरंग दैर्ध्य पर प्रकाश धारियों की स्थिति की निर्भरता द्वारा समझाया गया है।

हम यह भी देखते हैं कि धारियाँ फैलती हुई और अपना आकार बनाए रखते हुए नीचे की ओर बढ़ती हैं।

यदि आप प्रकाश फिल्टर का उपयोग करते हैं और मोनोक्रोमैटिक प्रकाश से रोशन करते हैं, तो हस्तक्षेप पैटर्न बदल जाता है (अंधेरे और प्रकाश धारियों का विकल्प बदल जाता है)

स्पष्टीकरण। इसे फिल्म की मोटाई में कमी से समझाया गया है, क्योंकि साबुन का घोल गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव में नीचे की ओर बहता है।

अनुभव 2. कांच की ट्यूब का उपयोग करके साबुन का बुलबुला फूंकें और उसकी सावधानीपूर्वक जांच करें। जब सफेद रोशनी से रोशन किया जाता है, तो वर्णक्रमीय रंगों में रंगे रंगीन हस्तक्षेप रिंगों के निर्माण का निरीक्षण करें। प्रत्येक प्रकाश वलय का ऊपरी किनारा होता है नीला, नीचे वाला लाल है। जैसे-जैसे फिल्म की मोटाई कम होती जाती है, छल्ले भी फैलते हुए धीरे-धीरे नीचे की ओर बढ़ते हैं। उनके वलयाकार स्वरूप को समान मोटाई की वलयाकार रेखाओं द्वारा समझाया गया है।

प्रश्नों के उत्तर दें:

साबुन के बुलबुले इंद्रधनुषी रंग के क्यों होते हैं?

इंद्रधनुष धारियों का आकार कैसा होता है?

बुलबुले का रंग हर समय क्यों बदलता रहता है?

अनुभव 3. दोनों कांच की प्लेटों को अच्छी तरह से पोंछें, उन्हें एक साथ रखें और अपनी उंगलियों से एक साथ दबाएं। संपर्क सतहों के अपूर्ण आकार के कारण, प्लेटों के बीच पतली वायु रिक्तियां बन जाती हैं।

स्पष्टीकरण: प्लेटों की सतह पूरी तरह से सपाट नहीं हो सकती, इसलिए वे केवल कुछ ही स्थानों पर स्पर्श करती हैं। इन स्थानों के चारों ओर सबसे पतली वायु तरंगें बनती हैं विभिन्न आकार, हस्तक्षेप पैटर्न दे रहा है। संचरित प्रकाश में अधिकतम स्थिति 2h=kl होती है

प्रश्नों के उत्तर दें:

प्लेटों के स्पर्श वाले स्थानों पर चमकीली इंद्रधनुषी वलयाकार या अनियमित आकार की धारियाँ क्यों देखी जाती हैं?

दबाव में परिवर्तन के साथ व्यतिकरण फ्रिंजों का आकार और स्थान क्यों बदल जाता है?

अनुभव 4. नीचे ध्यान से देखो विभिन्न कोणसीडी की सतह (जिस पर रिकॉर्डिंग की जाती है)।

स्पष्टीकरण : विवर्तन स्पेक्ट्रा की चमक डिस्क पर लागू खांचे की आवृत्ति और किरणों के आपतन कोण पर निर्भर करती है। लैंप फिलामेंट से आपतित लगभग समानांतर किरणें बिंदु A और B पर खांचे के बीच आसन्न उत्तलों से परावर्तित होती हैं। किरणें एक कोण पर परावर्तित होती हैं कोण के बराबरगिरें, एक सफेद रेखा के रूप में लैंप फिलामेंट की एक छवि बनाएं। अन्य कोणों पर परावर्तित किरणों में एक निश्चित पथ अंतर होता है, जिसके परिणामस्वरूप तरंग जोड़ होता है।

आप क्या देख रहे हैं? प्रेक्षित परिघटनाओं की व्याख्या कीजिए। हस्तक्षेप पैटर्न का वर्णन करें.

सीडी की सतह एक सर्पिल ट्रैक है जिसमें दृश्य प्रकाश की तरंग दैर्ध्य के अनुरूप पिच होती है। विवर्तन और व्यतिकरण घटनाएँ एक महीन-संरचित सतह पर दिखाई देती हैं। सीडी की चकाचौंध में इंद्रधनुषी रंग है।

अनुभव 5. जलते हुए दीपक के फिलामेंट को नायलॉन के कपड़े के माध्यम से देखें। कपड़े को अपनी धुरी के चारों ओर घुमाकर, समकोण पर पार की गई दो विवर्तन धारियों के रूप में एक स्पष्ट विवर्तन पैटर्न प्राप्त करें।

स्पष्टीकरण : क्रॉस के केंद्र में एक विवर्तन अधिकतम दिखाई देता है सफ़ेद. K=0 पर, तरंग पथों में अंतर शून्य है, इसलिए केंद्रीय अधिकतम सफेद है। क्रॉस का निर्माण इसलिए होता है क्योंकि कपड़े के धागे दो विवर्तन झंझरी होते हैं जो परस्पर लंबवत स्लिट के साथ एक साथ मुड़े होते हैं। वर्णक्रमीय रंगों की उपस्थिति को इस तथ्य से समझाया गया है कि सफेद रोशनी में विभिन्न लंबाई की तरंगें होती हैं। विभिन्न तरंग दैर्ध्य के लिए प्रकाश का विवर्तन अधिकतम विभिन्न स्थानों में प्राप्त होता है।

प्रेक्षित विवर्तन क्रॉस का रेखाचित्र बनाएं। प्रेक्षित परिघटनाओं की व्याख्या कीजिए।

अनुभव 6.

छोटा छिद्र विवर्तन

ऐसे विवर्तन का निरीक्षण करने के लिए, हमें कागज की एक मोटी शीट और एक पिन की आवश्यकता होती है। पिन का उपयोग करके शीट में एक छोटा सा छेद करें। फिर हम छेद को आंख के करीब लाते हैं और एक उज्ज्वल प्रकाश स्रोत का निरीक्षण करते हैं। इस स्थिति में प्रकाश का विवर्तन दिखाई देता है

निष्कर्ष रिकार्ड करें. बताएं कि आपके द्वारा किए गए प्रयोगों में से किसमें व्यतिकरण की घटना देखी गई और किसमें विवर्तन की घटना देखी गई . आपके द्वारा देखे गए व्यतिकरण और विवर्तन के उदाहरण दीजिए।

सुरक्षा प्रश्न ( प्रत्येक विद्यार्थी प्रश्नों के उत्तर तैयार करता है ):

प्रकाश क्या है?

किसने सिद्ध किया कि प्रकाश एक विद्युत चुम्बकीय तरंग है?

निर्वात में प्रकाश की गति कितनी होती है?

प्रकाश के व्यतिकरण की खोज किसने की?

पतली हस्तक्षेप फिल्मों के इंद्रधनुषी रंग की क्या व्याख्या है?

क्या दो गरमागरम विद्युत लैंपों से आने वाली प्रकाश तरंगें हस्तक्षेप कर सकती हैं? क्यों?

तेल की मोटी परत का रंग इंद्रधनुषी क्यों नहीं होता?

क्या मुख्य विवर्तन मैक्सिमा की स्थिति ग्रेटिंग स्लिट की संख्या पर निर्भर करती है?

साबुन की फिल्म का दृश्यमान इंद्रधनुषी रंग हर समय क्यों बदलता रहता है?