Fotomateriālu var izmantot fizikas stundās 9. un 11. klasē, sadaļā “Viļņu optika”.
Traucējumi plānās kārtiņās
Zaigojošas krāsas rada gaismas viļņu iejaukšanās. Gaismai izejot cauri plānai plēvei, daļa no tās atstarojas no ārējās virsmas, bet otra daļa iekļūst plēvē un atstarojas no iekšējās virsmas.
Traucējumi tiek novēroti visās plānās, gaismu caurlaidīgās plēvēs uz jebkādām virsmām; naža asmens gadījumā uz metāla virsmas vides oksidēšanās procesā veidojas plāna kārtiņa (aptraipīšana). 
Gaismas difrakcija
Kompaktdiska virsma ir reljefa spirālveida trase uz polimēra virsmas, kuras solis ir samērīgs ar redzamās gaismas viļņa garumu. Uz šādas sakārtotas un smalki strukturētas virsmas parādījās difrakcijas un interferences parādības, kas ir iemesls kompaktdiska izgaismojumu zaigojošajai krāsai, kas novērota baltā gaismā. 
Apskatīsim kvēlspuldzi caur maza diametra caurumiem. Gaismas viļņa ceļā parādās šķērslis, un jo mazāks diametrs, jo lielāka ir difrakcija (jo mazāks ir caurums kartonā, jo mazāk staru iziet cauri). kvēlspuldzes kvēldiega attēls ir skaidrāks, un gaismas sadalīšanās notiek intensīvāk.
Apskatīsim kvēlspuldzi un Sauli caur neilonu. Neilons darbojas kā difrakcijas režģis. Jo vairāk slāņu, jo intensīvāka notiek difrakcija.
LABORATORIJAS DARBS Nr.4
GAISMAS DIFRAKCIJAS PARĀDĪBAS PĒTĪŠANA.
Nodarbības mācību mērķis: Gaismas difrakcijas fenomens uz difrakcijas režģa tiek izmantots spektrālajos instrumentos un ļauj noteikt viļņu garumus spektra redzamajā diapazonā. Turklāt zināšanas par difrakcijas likumiem ļauj noteikt optisko instrumentu izšķirtspēju. Rentgenstaru difrakcija ļauj noteikt ķermeņu uzbūvi ar regulāru atomu izvietojumu un bez destrukcijas noteikt defektus, kas radušies ķermeņu uzbūves regularitātes pārkāpuma dēļ.
Pamata materiāls: Lai veiksmīgi pabeigtu un nokārtotu darbu, jums jāzina viļņu optikas likumi.
Sagatavošanās nodarbībai:
Fizikas kurss: 2. izd., 2004, ch. 22. lpp., 431.–453.
, “Vispārējās fizikas kurss”, 1974, §19-24, 113.-147.lpp.
Fizikas kurss. 8. izdevums, 2005, §54–58, 470.–484. lpp.
Optika un atomfizika, 2000,: 3. nodaļa, 74.-121. lpp.
Ienākošā kontrole: Sagatavošanās laboratorijas darbam tiek kontrolēta, izmantojot sagatavotu laboratorijas darba veidlapu, saskaņā ar vispārīgajām prasībām un atbildēm uz jautājumiem:
1.Kāpēc difrakcijas režģis sadala kvēlspuldzes gaismu spektrā?
2. Kādā attālumā no difrakcijas režģa vislabāk novērot difrakciju?
3.Kāds izskatīsies spektrs, ja kvēlspuldze būs pārklāta ar zaļu stiklu?
4.Kāpēc mērījumi jāveic vismaz trīs reizes?
5.Kā tiek noteikta spektra secība?
6. Kura spektra krāsa ir vistuvāk spraugai un kāpēc?
Ierīces un piederumi: difrakcijas režģis,
Teorētiskais ievads un pamatojums:
Jebkurš vilnis, kas izplatās izotropā (viendabīgā) vidē, kura īpašības nemainās no punkta uz punktu, saglabā tā izplatīšanās virzienu. Anizotropā (nehomogēnā) vidē, kur, viļņiem ejot cauri, viļņu frontes virsmā notiek nevienlīdzīgas amplitūdas un fāzes izmaiņas, mainās sākotnējais izplatīšanās virziens. Šo parādību sauc par difrakciju. Difrakcija ir raksturīga jebkura veida viļņiem, un praktiski izpaužas gaismas izplatīšanās virziena novirzē no taisnvirziena.
Difrakcija notiek ar jebkādām lokālām izmaiņām viļņu frontē, amplitūdā vai fāzē. Šādas izmaiņas var izraisīt necaurredzamu vai daļēji caurspīdīgu barjeru klātbūtne viļņa ceļā (ekrāni) vai vides daļas ar atšķirīgu refrakcijas koeficientu (fāzes plāksnes).
Apkopojot teikto, mēs varam formulēt sekojošo:
Gaismas viļņu novirzes no taisnvirziena izplatīšanās fenomenu, ejot cauri caurumiem un tuvu ekrānu malām, sauc difrakcija.
Šis īpašums ir raksturīgs visiem viļņiem neatkarīgi no dabas. Būtībā difrakcija neatšķiras no traucējumiem. Ja avotu ir maz, to kopīgās darbības rezultātu sauc par traucējumiem, un, ja avotu ir daudz, tad viņi runā par difrakciju. Atkarībā no attāluma, no kura tiek novērots vilnis aiz objekta, kurā notiek difrakcija, izšķir difrakciju Fraunhofers vai Fresnels:
· ja difrakcijas raksturlielums tiek novērots ierobežotā attālumā no objekta, kas izraisa difrakciju un jāņem vērā viļņu frontes izliekums, tad runa ir par Freneļa difrakcija. Izmantojot Fresnela difrakciju, ekrānā tiek novērots šķēršļa difrakcijas attēls;
· ja viļņu frontes ir plakanas (paralēli stari) un difrakcijas zīmējums tiek novērots bezgalīgi lielā attālumā (tam tiek izmantotas lēcas), tad runa ir par Fraunhofera difrakcija.
Šajā darbā gaismas viļņa garuma noteikšanai tiek izmantots difrakcijas fenomens.
A". Kad viļņu fronte sasniedz spraugu un ieņem pozīciju AB (1. att.), tad saskaņā ar 2. attēlu Haigensa principu visi šīs viļņu frontes punkti būs koherenti sfērisku sekundāro viļņu avoti, kas izplatās viļņu frontes kustības virzienā.
Aplūkosim viļņus, kas izplatās no AB plaknes punktiem virzienā, kas veido noteiktu leņķi ar sākotnējo (2. att.). Ja uz šo staru ceļa, paralēli plaknei AB, novieto lēcu, tad stari pēc refrakcijas saplūdīs kādā ekrāna punktā M, kas atrodas lēcas fokusa plaknē, un traucēs viens otru (punkts O ir objektīva galvenais fokuss). Nolaidīsim perpendikulāru AC no punkta A uz izvēlētā staru kūļa virzienu. Tad no maiņstrāvas plaknes un tālāk uz lēcas fokusa plakni paralēlie stari nemaina savu ceļa atšķirību.
Ceļu starpība, kas nosaka traucējumu apstākļus, rodas tikai ceļā no sākotnējās frontes AB līdz plaknei AC un dažādiem stariem ir atšķirīga. Lai aprēķinātu šo staru traucējumus, mēs izmantojam Fresnel zonas metodi. Lai to izdarītu, garīgi sadaliet līniju BC vairākos segmentos, kuru garums ir l/2. Attālumā BC = a grēks j derēs z = a×sin j/(0,5l) šādu segmentu. Zīmējot līnijas paralēli AC no šo segmentu galiem līdz tie saskaras ar AB, mēs sadalām spraugas viļņu fronti vairākās vienāda platuma sloksnēs, šīs joslas šajā gadījumā būs Freneļa zonas.
No iepriekš minētās konstrukcijas izriet, ka viļņi, kas nāk no katras divas blakus esošās Fresnel zonas, nonāk punktā M pretējās fāzēs un atceļ viens otru. Ja ar šo konstrukciju zonu skaits izrādās pat, tad katrs blakus esošo zonu pāris ekrānā izslēgs viens otru noteiktā leņķī gribu minimums apgaismojums
https://pandia.ru/text/80/353/images/image005_9.gif" width="25" height="14 src=">.
Tādējādi, ja staru ceļa starpība, kas nāk no spraugas malām, ir vienāda ar pāra skaitu pusviļņu, uz ekrāna tiks novērotas tumšas svītras. Intervālos starp tiem tiks novērots maksimālais apgaismojums. Tie atbildīs leņķiem, kuros ielaužas viļņu fronte nepāra numuru Freneļa zonas https://pandia.ru/text/80/353/images/image007_9.gif" width="143" height="43 src="> , (2)
kur k = 1, 2, 3, … ,https://pandia.ru/text/80/353/images/image008_7.gif" align="left" width="330" height="219">Formulas (1 ) un (2) var iegūt, un, ja mēs tieši izmantojam traucējumu apstākļus no laboratorijas darba Nr. 66. Patiešām, ja mēs ņemam divus starus no blakus esošajām Fresnel zonām ( pat zonu skaits), tad ceļa starpība starp tām ir vienāda ar pusi no viļņa garuma, tas ir nepāra pusviļņu skaits. Līdz ar to, iejaucoties, šie stari nodrošina minimālu apgaismojumu uz ekrāna, tas ir, tiek iegūts nosacījums (1). Darot to pašu stariem no galējām Fresnela zonām, ar nepāra zonu skaitu iegūstam formulu (2).
https://pandia.ru/text/80/353/images/image010_7.gif" width="54" height="55 src=">.
· Ja atstarpe ir ļoti šaura (<< 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.
· 
Ja atstarpe ir ļoti plaša ( a>> l), tad pirmais minimums jau atbildīs ļoti mazai novirzei no taisnvirziena izplatīšanās leņķī. Tāpēc uz ekrāna mēs iegūstam ģeometrisku spraugas attēlu, kura malas robežojas ar plānām, mainīgām tumšām un gaišām svītrām.
Skaidra difrakcija kāpumi Un minimumi tiks novērots tikai starpgadījumā, kad spraugas platumā a derēs vairākas Freneļa zonas.
Apgaismojot spraugu ar nemonohromatisku ( balts) ar gaismu, difrakcijas maksimumi dažādām krāsām atšķirsies. Jo mazāks l, jo mazākos leņķos tiek novēroti difrakcijas maksimumi. Visu krāsu stari nonāk ekrāna centrā ar ceļa starpību, kas vienāda ar nulli, tātad attēls centrā būs balts. Pareizi Un pa kreisi difrakcijas modeļi tiks novēroti no centrālā maksimuma spektri vispirms, otrais Un utt.. pasūtījums.
Difrakcijas režģis
Lai palielinātu difrakcijas maksimumu intensitāti, viņi izmanto nevis vienu spraugu, bet gan difrakcijas režģi.
Difrakcijas režģis ir vienāda platuma paralēlu spraugu sērija a, atdalīti ar necaurspīdīgiem platuma intervāliem b. Summa a+ b = d sauca periodā vai nemainīgs difrakcijas režģis.
Difrakcijas režģi ir izgatavoti uz stikla vai metāla (pēdējā gadījumā režģi sauc par atstarojošo režģi). Ar plānāko dimanta galu, izmantojot dalīšanas mašīnu, tiek pielietota tāda paša platuma plānu paralēlu sitienu sērija, kas atrodas vienādos attālumos viens no otra. Šajā gadījumā triepieni, kas izkliedē gaismu visos virzienos, spēlē necaurspīdīgu telpu lomu, bet neskartās plāksnes vietas - spraugas. Līniju skaits uz 1 mm dažos režģos sasniedz 2000.
Apskatīsim difrakciju no N spraugām. Kad gaisma iziet cauri identisku spraugu sistēmai, difrakcijas modelis kļūst ievērojami sarežģītāks. Šajā gadījumā stari izkliedējas no dažādi spraugas, pārklāj viens otru objektīva fokusa plaknē un traucēt savā starpā. Ja spraugu skaits ir N, tad N stari traucē viens otru. Difrakcijas rezultātā veidošanās nosacījums difrakcijas maksimumi pieņems formu
https://pandia.ru/text/80/353/images/image014_4.gif" width="31" height="14 src=">. (3)
Salīdzinot ar vienas spraugas difrakciju, nosacījums ir mainījies uz pretējo:
Tiek izsaukti Maxima atbilstības nosacījumi (3). galvenais. Minimumu pozīcija nemainās, jo tie virzieni, kuros neviens no spraugām nesūta gaismu, to nesaņem pat ar N spraugām.
Turklāt ir iespējami virzieni, kuros dažādu spraugu raidītā gaisma tiek dzēsta (savstarpēji iznīcināta). Kopumā difrakcija no N spraugām rada:
1) galvenais kāpumi
https://pandia.ru/text/80/353/images/image017_4.gif" width="223" height="25">;
3) papilduminimumi.
Šeit, tāpat kā iepriekš, a– spraugas platums;
d = a + b– difrakcijas režģa periods.
Starp diviem galvenajiem maksimumiem ir N–1 papildu minimums, ko atdala sekundārie maksimumi (5. att.), kuru intensitāte ir ievērojami izteikta. mazāka intensitāte galvenie maksimumi.
Norādīts 0 " style="margin-left:5.4pt;border-collapse:collapse">
Difrakcijas režģa izšķirtspēja l/Dl raksturo režģa spēju atdalīt apgaismojuma maksimumus diviem viļņu garumiem l1 un l2, kas atrodas tuvu viens otram dotajā spektrā. Šeit Dl = l2 – l1. Ja l/Dl > kN, tad apgaismojuma maksimumi l1 un l2 nav atrisināti k-tās kārtas spektrā.
Darba kārtība:
1. uzdevums. Gaismas viļņa garuma noteikšana, izmantojot difrakcijas režģi.
1. Pārvietojot skalu ar spraugu, iestatiet difrakcijas režģi noteiktā attālumā “y” no spraugas.
2. Atrodiet 1., 2., 3. kārtas spektrus abās nulles maksimuma pusēs.
3. Izmēriet attālumu starp nulles maksimumu un pirmo maksimumu, kas atrodas nulles - x1 labajā pusē, starp nulles maksimumu un pirmo maksimumu, kas atrodas 6. attēla kreisajā pusē, nulle - x2. Atrodiet un nosakiet leņķi j, kas atbilst šai maksimālajai intensitātei. Mērījumi jāveic violetās, zaļās un sarkanās krāsas maksimumiem, 1., 2. un 3. kārtas spektros trīs “y” vērtībām. Piemēram, priekš y 1 = 15, y 2 = 20 un y 3 = 30 cm.
4. 
Zinot režģa konstanti ( d= 0,01 mm) un leņķi j, pie kura tiek novērota noteiktās krāsas un secības maksimālā intensitāte, atrodiet viļņa garumu l, izmantojot formulu:
Šeit k pieņemts modulo.
5. Aprēķināt absolūto kļūdu atrastajiem viļņu garumiem, kas atbilst spektra violetajam, zaļajam un sarkanajam apgabalam.
6. Mērījumu un aprēķinu rezultātus ievadiet tabulā.
Krāsas | y,m | k | x 1 ,m | x 2 , m | m | l, nm | , nm | D l, nm |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
Sarkans | 1 | |||||||
2 | ||||||||
1 | ||||||||
2 | ||||||||
1 | ||||||||
2 |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
Zaļš | 1 | |||||||
2 | ||||||||
1 | ||||||||
2 | ||||||||
1 | ||||||||
2 | ||||||||
Violeta | 1 | |||||||
2 | ||||||||
1 | ||||||||
2 | ||||||||
1 | ||||||||
2 |
Testa jautājumi un uzdevumi.
1. Kas ir difrakcijas fenomens?
2. Kā Fresnela difrakcija atšķiras no Fraunhofera difrakcijas?
3. Formulējiet Huygens-Fresnel principu.
4. Kā mēs varam izskaidrot difrakciju, izmantojot Huygens-Fresnel principu?
5. Kas ir Fresneļa zonas?
6. Kādiem nosacījumiem jābūt izpildītiem, lai varētu novērot difrakciju?
7. Aprakstiet difrakciju no vienas spraugas.
8. Difrakcija ar difrakcijas režģi. Kāda ir būtiskā atšķirība starp šo gadījumu un difrakciju ar vienu spraugu?
9. Kā noteikt maksimālo difrakcijas spektru skaitu dotajam difrakcijas režģim?
10. Kāpēc tiek ieviestas tādas īpašības kā leņķiskā dispersija un izšķirtspēja?
Laboratorijas darbs Nr.1 3
Tēma: Interferences un gaismas difrakcijas parādību novērošana
Mērķis: eksperimenta laikā pierādīt difrakcijas un starp-
traucējumus, kā arī jāprot izskaidrot traucējumu veidošanās iemeslus
un difrakcijas modeļiem
Ja gaisma ir viļņu straume, parādība ir jānovēro iejaukšanās, i., divu vai vairāku viļņu pievienošana. Tomēr nav iespējams iegūt traucējumu modeli (mainīgus apgaismojuma maksimumus un minimumus), izmantojot divus neatkarīgus gaismas avotus.
Lai iegūtu stabilu traucējumu modeli, ir nepieciešami konsekventi (saskaņoti) viļņi. Tiem jābūt vienādai frekvencei un nemainīgai fāzes starpībai (vai ceļa starpībai) jebkurā telpas punktā.
Stabils interferences modelis tiek novērots uz plānām petrolejas vai eļļas kārtiņām uz ūdens virsmas, uz ziepju burbuļa virsmas.
Ņūtons ieguva vienkāršu traucējumu modeli, novērojot gaismas uzvedību plānā gaisa slānī starp stikla plāksni un plakanu, izliektu lēcu, kas uzlikta uz tās.
Difrakcija– viļņi, kas liecas ap šķēršļu malām, ir raksturīgi jebkurai viļņu parādībai. Viļņi novirzās no taisnvirziena izplatīšanās pamanāmos leņķos tikai pie šķēršļiem, kuru izmēri ir salīdzināmi ar viļņa garumu, un gaismas viļņa garums ir ļoti īss (4 10 -7 m - 8 10 -7 m).
Šajā laboratorijā varēsim novērot traucējumus un
difrakciju, kā arī izskaidro šīs parādības, pamatojoties uz teoriju.
Aprīkojums: - stikla plāksnes – 2 gab.;
Neilona vai kembrika šķembas;
Taisna kvēlspuldze, svece;
Suporti
Darba kārtība:
Piezīme : ir jāsagatavo pārskats par katra eksperimenta izpildi atbilstoši
šādu diagrammu: 1) rasējums;
2) pieredzes skaidrojums.
es . Gaismas traucējumu fenomena novērošana.
1. Rūpīgi noslaukiet stikla plāksnes, salokiet tās kopā un saspiediet ar pirkstiem.
2. Pārbaudiet plāksnes atstarotajā gaismā , uz tumša fona (novietojiet tos
tas nepieciešams, lai uz stikla virsmas neveidotos pārāk spilgti atspīdumi
no logiem vai baltām sienām).
3. Dažās vietās, kur pieskaras plāksnēm, tiek novērotas spilgtas varavīksnes krāsas
gredzenveida vai neregulāras formas svītras.
4. Uzzīmējiet novēroto traucējumu modeli.
II . Difrakcijas parādības novērošana.
a) 1. Uzstādiet 0,05 mm platu atstarpi starp suporta spīlēm.
2. Novietojiet spraugu tuvu acij, novietojot to vertikāli.
3. Skatoties caur spraugu uz vertikāli novietotu gaismas pavedienu
lampa, svece, pulkstenis, abās vītnes pusēs ir varavīksnes svītras
(difrakcijas spektri).
4. Palielinot spraugas platumu, ievērojiet, kā šīs izmaiņas ietekmē difrakciju
cijas attēlu.
5. Uzzīmējiet un izskaidrojiet no spraugas iegūtos difrakcijas spektrus
suporti lampai un svecei.
b) 1. Novēro difrakcijas spektrus, izmantojot neilona lauskas vai
2. Uzzīmējiet un izskaidrojiet uz plākstera iegūto difrakcijas rakstu
III . Pēc eksperimentu veikšanas, pamatojoties uz novērojumu rezultātiem, izdariet vispārīgu secinājumu.
Drošības jautājumi:
1. Kāpēc to neievēro parastā telpā, kur ir daudz gaismas avotu?
iejaukšanās? Kāds nosacījums šiem avotiem jāatbilst?
Norādiet šo nosacījumu.
2. Kāda parādība novērojama uz ziepju burbuļu virsmas?
Kas un kā izskaidroja šo parādību?
3. Kāda ir Junga pieredze? Kādi ir tās rezultāti?
4. Ap kādiem šķēršļiem gaismas vilnis var izlocīties?
5. Kāda parādība kopā ar traucējumiem un difrakciju notika novērojumā?
kāda tev ir bijusi pieredze? Kā tas izpaudās?
Laboratorijas darbs par tēmu : "Gaismas traucējumu un difrakcijas novērošana"
Darba mērķis: eksperimentāli pētīt traucējumu un difrakcijas fenomenu.
Aprīkojums: elektriskā lampa ar taisnu kvēldiegu, divas stikla plāksnes, stikla caurule, stikls ar ziepju šķīdumu, stieples gredzens ar rokturi 30 mm diametrā, CD, neilona audums, gaismas filtrs.
Teorija: Traucējumi ir parādība, kas raksturīga jebkura rakstura viļņiem: mehāniskiem, elektromagnētiskiem.
Viļņu traucējumi – divu (vai vairāku) viļņu pievienošana telpā, kurā dažādos punktos rezultējošais vilnis tiek nostiprināts vai vājināts .
Traucējumi parasti tiek novēroti, kad viena un tā paša gaismas avota izstarotie viļņi, kas noteiktā punktā nonāk dažādos veidos, pārklājas. Nav iespējams iegūt traucējumu modeli no diviem neatkarīgiem avotiem, jo molekulas vai atomi izstaro gaismu atsevišķos viļņu vilcienos, neatkarīgi viens no otra. Atomi izstaro gaismas viļņu fragmentus (vilcienus), kuros svārstību fāzes ir nejaušas. Vilcieni ir aptuveni 1 metru gari. Dažādu atomu viļņu vilcieni pārklājas viens ar otru. Iegūto svārstību amplitūda laika gaitā haotiski mainās tik ātri, ka acij nav laika sajust šīs modeļu izmaiņas. Tāpēc cilvēks redz telpu vienmērīgi apgaismotu. Lai izveidotu stabilu traucējumu modeli, ir nepieciešami saskaņoti (saskaņoti) viļņu avoti.
Sakarīgs sauc par viļņiem, kuriem ir vienāda frekvence un nemainīga fāzes starpība.
Iegūtās nobīdes amplitūda punktā C ir atkarīga no viļņu ceļu atšķirības attālumā d2 – d1.
Maksimālais stāvoklis
, (Δd=d 2 -d 1 )
Kur k=0; ± 1; ± 2; ± 3 ;…
(viļņu ceļa atšķirība ir vienāda ar pāra skaitu pusviļņu)
Viļņi no avotiem A un B nonāks punktā C vienā un tajā pašā fāzē un "pastiprinās viens otru".
φ A = φ B - svārstību fāzes
Δφ=0 - fāžu starpība
A=2X maks
Minimālais nosacījums
, (Δd=d
2
-d
1
)
Kur k=0; ± 1; ± 2; ± 3;…
(viļņu ceļa atšķirība ir vienāda ar nepāra skaitu pusviļņu)
Viļņi no avotiem A un B nonāks punktā C pretfāzē un "atcels viens otru".
φ A ≠φ B - svārstību fāzes
Δφ=π - fāzes starpība
A=0 – iegūtā viļņa amplitūda.
Interferences modelis – regulāra paaugstinātas un samazinātas gaismas intensitātes zonu maiņa.
Gaismas traucējumi – gaismas starojuma enerģijas telpiska pārdale, kad uzklāti divi vai vairāki gaismas viļņi.
Difrakcijas dēļ gaisma novirzās no tās lineārās izplatīšanās (piemēram, tuvu šķēršļu malām).
Difrakcija – viļņu novirzes no taisnvirziena izplatīšanās parādība, ejot cauri maziem caurumiem, un vilnis liecas ap maziem šķēršļiem .
Difrakcijas stāvoklis : d< λ , Kur d - šķēršļa lielums,λ - viļņa garums. Šķēršļu (caurumu) izmēriem jābūt mazākiem vai salīdzināmiem ar viļņa garumu.
Šīs parādības (difrakcijas) esamība ierobežo ģeometriskās optikas likumu piemērošanas jomu un ir iemesls optisko instrumentu izšķirtspējas ierobežojumam.
Difrakcijas režģis – optiska ierīce, kas ir periodiska struktūra no liela skaita regulāri izvietotu elementu, uz kuriem notiek gaismas difrakcija. Gājieni ar noteiktu un nemainīgu profilu noteiktam difrakcijas režģim tiek atkārtoti ar tādu pašu intervālud (režģa periods). Difrakcijas režģa spēja atdalīt uz tā krītošo gaismas staru kūli atbilstoši viļņu garumiem ir tā galvenā īpašība. Ir atstarojoši un caurspīdīgi difrakcijas režģi.Mūsdienu instrumentos galvenokārt tiek izmantoti atstarojošie difrakcijas režģi. .
Nosacījums difrakcijas maksimuma novērošanai :
d·sinφ=k·λ, Kur k=0; ± 1; ± 2; ± 3; d - režģa periods , φ - leņķis, kurā tiek novērots maksimums, un λ - viļņa garums.
No maksimālā stāvokļa tas izrietsinφ=(k·λ)/d .
Tad pieņemsim, ka k=1 sinφ kr =λ kr /d Un sinφ f =λ f /d.
Ir zināms, ka λ kr >λ f , tātad sinφ kr >sinφ f . Jo y=sinφ f - funkcija palielināsφ kr >φ f
Tāpēc violetā krāsa difrakcijas spektrā atrodas tuvāk centram.
Gaismas traucējumu un difrakcijas parādībās tiek ievērots enerģijas nezūdamības likums . Interferences reģionā gaismas enerģija tiek tikai pārdalīta, nepārvēršoties citos enerģijas veidos. Enerģijas pieaugumu atsevišķos traucējumu shēmas punktos attiecībā pret kopējo gaismas enerģiju kompensē tās samazinājums citos punktos (kopējā gaismas enerģija ir divu neatkarīgu avotu gaismas staru enerģija). Gaismas svītras atbilst enerģijas maksimumiem, tumšās svītras atbilst enerģijas minimumiem.
Darba gaita:
Pieredze 1. Iemērciet stieples gredzenu ziepju šķīdumā. Uz stieples gredzena veidojas ziepju plēve.
Novietojiet to vertikāli. Mēs novērojam gaišas un tumšas horizontālas svītras, kuru platums mainās, mainoties plēves biezumam.
Paskaidrojums. Gaišo un tumšo svītru parādīšanās ir izskaidrojama ar gaismas viļņu traucējumiem, kas atspoguļojas no filmas virsmas. trīsstūris d = 2h.Gaismas viļņu ceļa atšķirība ir vienāda ar divkāršu plēves biezumu. Novietojot vertikāli, plēvei ir ķīļveida forma. Gaismas viļņu ceļa atšķirība tās augšējā daļā būs mazāka nekā apakšējā daļā. Tajās filmas vietās, kur ceļa starpība ir vienāda ar pāra skaitu pusviļņu, tiek novērotas gaišas svītras. Un ar nepāra skaitu pusviļņu - tumšas svītras. Svītru horizontālais izvietojums ir izskaidrojams ar vienāda plēves biezuma līniju horizontālo izvietojumu.
Mēs apgaismojam ziepju plēvi ar baltu gaismu (no lampas). Mēs novērojam, ka gaišās svītras ir iekrāsotas spektrālās krāsās: augšpusē zila, apakšā sarkana.
Paskaidrojums. Šī krāsa ir izskaidrojama ar gaismas svītru stāvokļa atkarību no krītošās krāsas viļņa garuma.
Mēs arī novērojam, ka svītras, paplašinot un saglabājot savu formu, virzās uz leju.
Ja izmantojat gaismas filtrus un apgaismojat ar monohromatisku gaismu, mainās traucējumu modelis (mainās tumšo un gaišo svītru maiņa)
Paskaidrojums. Tas izskaidrojams ar plēves biezuma samazināšanos, jo ziepju šķīdums gravitācijas ietekmē plūst lejup.
Pieredze 2. Izmantojot stikla cauruli, izpūtiet ziepju burbuli un rūpīgi pārbaudiet to. Apgaismojot ar baltu gaismu, novērojiet krāsainu traucējumu gredzenu veidošanos, kas iekrāsoti spektrālās krāsās. Katra gaismas gredzena augšējā mala ir zila, apakšējā ir sarkana. Samazinoties plēves biezumam, gredzeni, arī izplešoties, lēnām virzās uz leju. To gredzenveida forma ir izskaidrojama ar vienāda biezuma gredzenveida līnijām.
Atbildiet uz jautājumiem:
Kāpēc ziepju burbuļi ir varavīksnes krāsā?
Kāda forma ir varavīksnes svītrām?
Kāpēc burbuļa krāsa visu laiku mainās?
Pieredze 3. Rūpīgi noslaukiet abas stikla plāksnes, novietojiet tās kopā un saspiediet kopā ar pirkstiem. Saskares virsmu nepilnīgās formas dēļ starp plāksnēm veidojas plāni gaisa tukšumi.
Paskaidrojums: Plākšņu virsmas nevar būt pilnīgi plakanas, tāpēc tās saskaras tikai dažās vietās. Ap šīm vietām veidojas plāni dažādu formu gaisa ķīļi, kas rada traucējumu rakstu. Caurlaidīgā gaismā maksimālais stāvoklis ir 2h=kl
Atbildiet uz jautājumiem:
Kāpēc plākšņu saskares vietās tiek novērotas spilgtas varavīksnes gredzenveida vai neregulāras formas svītras?
Kāpēc, mainoties spiedienam, mainās interferences bārkstiņu forma un atrašanās vieta?
Pieredze 4. Uzmanīgi apskatiet kompaktdiska virsmu (uz kuras tiek veikts ieraksts) no dažādiem leņķiem.
Paskaidrojums : Difrakcijas spektru spilgtums ir atkarīgs no diskam pievienoto rievu frekvences un no staru krišanas leņķa. Gandrīz paralēli stari, kas krīt no lampas kvēldiega, tiek atstaroti no blakus esošajiem izliekumiem starp rievām punktos A un B. Stari, kas atstaroti leņķī, kas vienāds ar krišanas leņķi, veido lampas kvēldiega attēlu baltas līnijas veidā. Citos leņķos atstarotajiem stariem ir noteikta ceļa atšķirība, kā rezultātā notiek viļņu pievienošana.
Ko jūs novērojat? Izskaidrojiet novērotās parādības. Aprakstiet traucējumu modeli.
CD virsma ir spirālveida celiņš ar redzamās gaismas viļņa garumu proporcionālu soli. Difrakcijas un traucējumu parādības parādās uz smalkas struktūras virsmas. Kompaktdisku atspīdumam ir varavīksnes krāsa.
Pieredze 5. Caur neilona audumu skatiet degošās lampas kvēldiegu. Pagriežot audumu ap savu asi, iegūstiet skaidru difrakcijas zīmējumu divu taisnā leņķī šķērsotu difrakcijas svītru veidā.
Paskaidrojums : krusta centrā ir redzams balts difrakcijas maksimums. Pie k = 0 viļņu ceļu atšķirība ir nulle, tāpēc centrālais maksimums ir balts. Krusts veidojas, jo auduma pavedieni ir divi difrakcijas režģi, kas salocīti kopā ar savstarpēji perpendikulāriem spraugām. Spektrālo krāsu parādīšanās izskaidrojama ar to, ka baltā gaisma sastāv no dažāda garuma viļņiem. Gaismas difrakcijas maksimums dažādiem viļņu garumiem tiek iegūts dažādās vietās.
Uzzīmējiet novēroto difrakcijas krustu. Izskaidrojiet novērotās parādības.
Pieredze 6.
Maza apertūras difrakcija
Lai novērotu šādu difrakciju, mums ir nepieciešama bieza papīra lapa un tapa. Izmantojot tapu, izveidojiet nelielu caurumu loksnē. Tad mēs pietuvinām caurumu acij un novērojam spilgtu gaismas avotu. Šajā gadījumā ir redzama gaismas difrakcija
Pierakstiet secinājumu. Norādiet, kurā no jūsu veiktajiem eksperimentiem tika novērota traucējumu parādība un kurā difrakcija . Sniedziet sastapto traucējumu un difrakcijas piemērus.
Drošības jautājumi ( Katrs skolēns sagatavo atbildes uz jautājumiem ):
Kas ir gaisma?
Kurš pierādīja, ka gaisma ir elektromagnētiskais vilnis?
Kāds ir gaismas ātrums vakuumā?
Kurš atklāja gaismas traucējumus?
Kas izskaidro plānu interferences plēvju varavīksnes krāsojumu?
Vai gaismas viļņi, kas nāk no divām kvēlspuldzēm, var traucēt? Kāpēc?
Kāpēc biezam eļļas slānim nav varavīksnes krāsas?
Vai galveno difrakcijas maksimumu novietojums ir atkarīgs no režģa spraugu skaita?
Kāpēc ziepju plēves redzamā varavīksnes krāsa visu laiku mainās?