प्रकाश प्रयोगशाला निष्कर्ष के हस्तक्षेप और विवर्तन का अवलोकन। फोटो रिपोर्ट "घर में हस्तक्षेप और प्रकाश के विवर्तन का अवलोकन

प्रयोगशाला कार्य संख्या 11। प्रकाश के हस्तक्षेप और विवर्तन की घटना का अवलोकन।
कार्य का उद्देश्य: इन घटनाओं की घटना और अंतरिक्ष में प्रकाश ऊर्जा के वितरण की प्रकृति के लिए परिस्थितियों की पहचान करने के लिए, प्रकाश के हस्तक्षेप और विवर्तन की घटना का प्रायोगिक अध्ययन करना।
उपकरण: सीधे फिलामेंट वाला एक बिजली का दीपक (प्रति वर्ग एक), दो कांच की प्लेटें, एक पीवीसी ट्यूब, साबुन के घोल के साथ एक गिलास, 30 मिमी के व्यास के साथ एक तार की अंगूठी, एक ब्लेड, कागज की एक पट्टी ¼ शीट, नायलॉन कपड़े 5x5 सेमी, एक विवर्तन झंझरी, प्रकाश फिल्टर।

संक्षिप्त सिद्धांत
हस्तक्षेप और विवर्तन किसी भी प्रकृति की तरंगों की विशेषता है: यांत्रिक, विद्युत चुम्बकीय। वेव इंटरफेरेंस अंतरिक्ष में दो (या कई) तरंगों का जोड़ है, जिसमें इसके विभिन्न बिंदुओं पर परिणामी तरंग का प्रवर्धन या कमजोर होना प्राप्त होता है। हस्तक्षेप तब देखा जाता है जब तरंगों को आरोपित किया जाता है, एक ही प्रकाश स्रोत द्वारा उत्सर्जित किया जाता है, जो अलग-अलग तरीकों से एक बिंदु पर आया था। एक स्थिर हस्तक्षेप पैटर्न के गठन के लिए, सुसंगत तरंगों की आवश्यकता होती है - तरंगें जिनमें समान आवृत्ति और निरंतर चरण अंतर होता है। एक दूसरे के खिलाफ दबाए गए दो पारदर्शी ग्लासों के बीच एयर वेज-गैप पर ऑक्साइड, वसा की पतली फिल्मों पर सुसंगत तरंगें प्राप्त की जा सकती हैं।
बिंदु C पर परिणामी विस्थापन का आयाम दूरी d2 - d1 पर तरंगों के पथ में अंतर पर निर्भर करता है।
[तस्वीर देखने के लिए फ़ाइल डाउनलोड करें] अधिकतम-(दोलनों का प्रवर्धन) स्थिति: तरंगों के पथ में अंतर आधी-तरंगों की सम संख्या के बराबर है
जहां के = 0; ± 1; ±2; ± 3;
[तस्वीर देखने के लिए फ़ाइल डाउनलोड करें] स्रोत A और B से तरंगें समान चरणों में बिंदु C पर आएंगी और "एक दूसरे को प्रवर्धित करेंगी।
यदि पथांतर अर्ध-तरंगों की एक विषम संख्या के बराबर है, तो तरंगें एक-दूसरे को कमजोर कर देंगी और उनके मिलने के बिंदु पर एक न्यूनतम देखा जाएगा।

[छवि देखने के लिए फ़ाइल डाउनलोड करें] [छवि देखने के लिए फ़ाइल डाउनलोड करें]
जब प्रकाश हस्तक्षेप करता है, तो प्रकाश तरंगों की ऊर्जा का स्थानिक पुनर्वितरण होता है।
विवर्तन छोटे छिद्रों से गुजरने और तरंग द्वारा छोटी बाधाओं को गोल करने पर रेक्टिलाइनियर प्रसार से तरंग विचलन की घटना है।
विवर्तन को ह्यूजेंस-फ्रेस्नेल सिद्धांत द्वारा समझाया गया है: तरंग द्वारा पहुंची बाधा का प्रत्येक बिंदु माध्यमिक तरंगों का एक स्रोत बन जाता है, सुसंगत, जो बाधा के किनारों से परे फैलता है और एक दूसरे के साथ हस्तक्षेप करता है, एक स्थिर हस्तक्षेप पैटर्न बनाता है - का प्रत्यावर्तन रोशनी मैक्सिमा और मिनिमा, सफेद रोशनी में इंद्रधनुषी रंग। विवर्तन के प्रकट होने की स्थिति: बाधाओं (छिद्रों) का आयाम तरंग दैर्ध्य से छोटा या उसके अनुरूप होना चाहिए। पतले तंतुओं पर, कांच पर खरोंच, कागज की एक शीट में भट्ठा-ऊर्ध्वाधर कट पर, पलकों पर विवर्तन देखा जाता है। , धुंधले कांच पर पानी की बूंदों पर, बादल में बर्फ के क्रिस्टल पर या कांच पर, कीड़ों के चिटिनस कवर के ब्रिसल्स पर, पक्षी के पंखों पर, सीडी पर, रैपिंग पेपर पर।, विवर्तन झंझरी पर।
एक विवर्तन झंझरी एक ऑप्टिकल उपकरण है, जो बड़ी संख्या में नियमित रूप से व्यवस्थित तत्वों की एक आवधिक संरचना है, जिस पर प्रकाश विवर्तित होता है। किसी दिए गए विवर्तन झंझरी के लिए परिभाषित और स्थिर प्रोफ़ाइल वाले स्ट्रोक उसी अंतराल d (जाली अवधि) के माध्यम से दोहराए जाते हैं। तरंगदैर्घ्य में उस पर आपतित प्रकाश की किरण को विघटित करने के लिए एक विवर्तन झंझरी की क्षमता इसकी मुख्य संपत्ति है। चिंतनशील और पारदर्शी विवर्तन झंझरी हैं। आधुनिक उपकरणों में, मुख्य रूप से परावर्तक विवर्तन झंझरी का उपयोग किया जाता है।

प्रगति:
टास्क 1. ए) एक पतली फिल्म पर हस्तक्षेप का अवलोकन:
अनुभव 1. वायर रिंग को साबुन के घोल में डुबोएं। वायर रिंग पर साबुन की फिल्म बन जाती है।
इसे वर्टिकली पोजीशन करें। हम प्रकाश और गहरे रंग की क्षैतिज पट्टियों का निरीक्षण करते हैं जो फिल्म की मोटाई में बदलाव के साथ चौड़ाई और रंग में बदलती हैं। एक हल्के फिल्टर के माध्यम से चित्र की जांच करें।
लिखिए कि कितने बैंड देखे गए हैं और उनमें रंग कैसे बदलते हैं?
अनुभव 2. एक पीवीसी ट्यूब का उपयोग करके, साबुन के बुलबुले को फूँकें और इसकी सावधानीपूर्वक जाँच करें। जब सफेद रोशनी से रोशन किया जाता है, तो वर्णक्रमीय रंगों में चित्रित हस्तक्षेप धब्बे के गठन का निरीक्षण करें। एक हल्के फिल्टर के माध्यम से चित्र की जांच करें।
बुलबुले में कौन से रंग दिखाई दे रहे हैं और वे ऊपर से नीचे कैसे बदलते हैं?
बी) एयर वेज पर हस्तक्षेप का अवलोकन:
अनुभव 3. दो कांच की प्लेटों को सावधानी से पोंछें, एक साथ रखें और अपनी उंगलियों से निचोड़ें। संपर्क सतहों के आकार की गैर-आदर्शता के कारण, प्लेटों के बीच सबसे पतली वायु रिक्तिकाएं बनती हैं - ये हवा की कीलें हैं, उन पर हस्तक्षेप होता है। जब प्लेटों को संपीड़ित करने वाला बल बदलता है, तो एयर वेज की मोटाई बदल जाती है, जिससे हस्तक्षेप मैक्सिमा और मिनिमा के स्थान और आकार में परिवर्तन होता है। फिर एक हल्के फिल्टर के माध्यम से तस्वीर की जांच करें।
श्वेत प्रकाश में आप जो देखते हैं और जो आप एक फिल्टर के माध्यम से देखते हैं, उसे चित्रित करें।

निष्कर्ष: व्यवधान क्यों होता है, हस्तक्षेप पैटर्न में मैक्सिमा के रंग की व्याख्या कैसे करें, जो चित्र की चमक और रंग को प्रभावित करता है।

कार्य 2। प्रकाश विवर्तन का अवलोकन।
अनुभव 4. एक ब्लेड से हम कागज की एक शीट में एक भट्ठा काटते हैं, कागज को अपनी आंखों पर लगाते हैं और छेद के माध्यम से प्रकाश स्रोत-दीपक को देखते हैं। हम प्रदीप्ति के मैक्सिमा और मिनिमा का निरीक्षण करते हैं। फिर एक हल्के फिल्टर के माध्यम से तस्वीर की जांच करें।
श्वेत प्रकाश और एकवर्णी प्रकाश में देखे जाने वाले विवर्तन पैटर्न को आरेखित कीजिए।
कागज को विकृत करते हुए, हम भट्ठा की चौड़ाई कम करते हैं, हम विवर्तन देखते हैं।
अनुभव 5. एक विवर्तन झंझरी के माध्यम से एक प्रकाश स्रोत-दीपक पर विचार करें।
विवर्तन पैटर्न कैसे बदल गया है?
अनुभव 6. नायलॉन के कपड़े के माध्यम से एक चमकदार दीपक के धागे को देखें। कपड़े को धुरी के चारों ओर मोड़कर, समकोण पर पार किए गए दो विवर्तन बैंड के रूप में एक स्पष्ट विवर्तन पैटर्न प्राप्त करें।
देखे गए विवर्तन क्रॉस को आरेखित करें। इस परिघटना की व्याख्या कीजिए।
एक निष्कर्ष निकालें: विवर्तन क्यों होता है, विवर्तन पैटर्न में मैक्सिमा के रंग की व्याख्या कैसे करें, चित्र की चमक और रंग पर क्या प्रभाव पड़ता है।
नियंत्रण प्रश्न:
व्यतिकरण\erence की परिघटना और विवर्तन की परिघटना में क्या समानता है?
कौन-सी तरंगें स्थायी व्यतिकरण प्रतिरूप दे सकती हैं?
कक्षा में छत से लटकाए गए लैम्पों से विद्यार्थियों की मेज पर कोई व्यवधान पैटर्न क्यों नहीं है?

6. चंद्रमा के चारों ओर रंगीन मंडलों की व्याख्या कैसे करें?

संलग्न फाइल

विषय पर प्रयोगशाला का काम : "हस्तक्षेप और प्रकाश के विवर्तन का अवलोकन"

कार्य का लक्ष्य: व्यतिकरण और विवर्तन की परिघटना का प्रयोगात्मक अध्ययन कर सकेंगे।

उपकरण: एक सीधे फिलामेंट के साथ एक बिजली का दीपक, दो ग्लास प्लेट, एक ग्लास ट्यूब, साबुन के घोल के साथ एक ग्लास, 30 मिमी के व्यास के साथ एक तार की अंगूठी, एक सीडी, नायलॉन का कपड़ा, एक हल्का फिल्टर।

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

तरंग हस्तक्षेप – दो (या कई) तरंगों के अंतरिक्ष में जोड़, जिसमें इसके विभिन्न बिंदुओं पर परिणामी तरंग का प्रवर्धन या क्षीणन प्राप्त होता है .

आमतौर पर, हस्तक्षेप तब देखा जाता है जब एक ही प्रकाश स्रोत द्वारा उत्सर्जित तरंगों का सुपरपोजिशन होता है, जो अलग-अलग तरीकों से दिए गए बिंदु पर आता है। दो स्वतंत्र स्रोतों से हस्तक्षेप पैटर्न प्राप्त करना असंभव है, क्योंकि अणु या परमाणु एक दूसरे से स्वतंत्र रूप से तरंगों की अलग-अलग ट्रेनों में प्रकाश उत्सर्जित करते हैं। परमाणु प्रकाश तरंगों (ट्रेनों) के टुकड़ों का उत्सर्जन करते हैं, जिसमें दोलनों के चरण यादृच्छिक होते हैं। सूगी करीब 1 मीटर लंबी होती हैं। विभिन्न परमाणुओं की तरंग गाड़ियाँ एक दूसरे पर आरोपित होती हैं। परिणामी दोलनों का आयाम समय के साथ इतनी तेज़ी से बदलता है कि आँखों के पास चित्रों के इस परिवर्तन को महसूस करने का समय नहीं होता 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 कहलाती हैं जिनकी समान आवृत्ति और एक स्थिर चरण अंतर होता है।

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

अधिकतम स्थिति

, (डी = डी 2 -डी 1 )

कहाँ के = 0; ± 1; ±2; ± 3 ;…

(लहरों के मार्ग में अंतर आधी-तरंगों की सम संख्या के बराबर है)

स्रोत A और B से तरंगें समान चरणों में बिंदु C पर आएंगी और "एक दूसरे को प्रवर्धित करेंगी"।

φ ए = φ बी - दोलन चरण

Δφ=0 - चरण अंतर

ए = 2 एक्स अधिकतम

न्यूनतम शर्त

, (डी = डी 2 -डी 1 )

कहाँ के = 0; ± 1; ±2; ± 3;…

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

स्रोत ए और बी से तरंगें एंटीपेज़ में बिंदु सी पर आएंगी और "एक दूसरे को बुझा देंगी"।

φ ए ≠φ बी - दोलन चरण

Δφ=π - चरण अंतर

ए = 0 परिणामी तरंग का आयाम है।

हस्तक्षेप पैटर्न - उच्च और निम्न प्रकाश तीव्रता वाले क्षेत्रों का नियमित प्रत्यावर्तन।

हल्का हस्तक्षेप - दो या दो से अधिक प्रकाश तरंगों के सुपरिंपोज होने पर प्रकाश विकिरण की ऊर्जा का स्थानिक पुनर्वितरण।

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

विवर्तन – छोटे छिद्रों से गुजरने और तरंग द्वारा छोटी बाधाओं को गोल करने पर आयताकार प्रसार से तरंग विचलन की घटना .

विवर्तन अभिव्यक्ति की स्थिति : डी< λ , कहाँ डी - बाधा का आकार,λ - तरंग दैर्ध्य। बाधाओं (छिद्रों) का आयाम तरंग दैर्ध्य से छोटा या उसके अनुरूप होना चाहिए।

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

डिफ़्रैक्शन ग्रेटिंग - एक ऑप्टिकल डिवाइस, जो बड़ी संख्या में नियमित रूप से व्यवस्थित तत्वों की एक आवधिक संरचना है, जिस पर प्रकाश विवर्तित होता है। किसी दिए गए विवर्तन झंझरी के लिए परिभाषित और स्थिर प्रोफ़ाइल वाले स्ट्रोक नियमित अंतराल पर दोहराए जाते हैंडी (जाली अवधि)। तरंगदैर्घ्य में उस पर आपतित प्रकाश की किरण को विघटित करने के लिए एक विवर्तन झंझरी की क्षमता इसकी मुख्य संपत्ति है। चिंतनशील और पारदर्शी विवर्तन झंझरी हैं।आधुनिक उपकरणों में, मुख्य रूप से परावर्तक विवर्तन झंझरी का उपयोग किया जाता है। .

अधिकतम विवर्तन देखने की शर्त :

डी sinφ=k λ,कहाँ के = 0; ± 1; ±2; ± 3; डी - झंझरी अवधि , φ - वह कोण जिस पर अधिकतम मनाया जाता है, और λ - तरंग दैर्ध्य।

अधिकतम स्थिति से यह इस प्रकार हैsinφ=(k λ)/d .

चलो के = 1, फिर sinφ क्र =λ क्र /डीऔर sinφ एफ =λ एफ /डी।

ह ज्ञात है कि λ क्र >λ एफ , इस तरह sinφ क्र > पाप एफ . क्योंकि वाई = पापφ एफ - समारोह बढ़ रहा है, फिरφ क्र >φ एफ

इसलिए, विवर्तन स्पेक्ट्रम में बैंगनी रंग केंद्र के करीब स्थित होता है।

प्रकाश के व्यतिकरण तथा विवर्तन की परिघटनाओं में ऊर्जा संरक्षण के नियम का पालन होता है . हस्तक्षेप के 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 की जाती है (कुल प्रकाश ऊर्जा स्वतंत्र स्रोतों से दो प्रकाश पुंजों की प्रकाश ऊर्जा है)। लाइट स्ट्राइप्स एनर्जी मैक्सिमा के अनुरूप हैं, डार्क स्ट्राइप्स एनर्जी मिनिमा के अनुरूप हैं।

प्रगति:

अनुभव 1. वायर रिंग को साबुन के घोल में डुबोएं। वायर रिंग पर साबुन की फिल्म बन जाती है।

इसे वर्टिकली पोजीशन करें। हम हल्की और गहरी क्षैतिज पट्टियों का निरीक्षण करते हैं जो फिल्म की मोटाई में बदलाव के साथ चौड़ाई में बदलती हैं।

व्याख्या। प्रकाश और अंधेरे बैंड की उपस्थिति को फिल्म की सतह से परावर्तित प्रकाश तरंगों के हस्तक्षेप से समझाया गया है। त्रिकोण डी = 2 एच।प्रकाश तरंगों के मार्ग में अंतर फिल्म की मोटाई के दोगुने के बराबर होता है। जब लंबवत रखा जाता है, तो फिल्म में पच्चर के आकार का आकार होता है। इसके ऊपरी भाग में प्रकाश तरंगों के मार्ग का अंतर निचले भाग की तुलना में कम होगा। फिल्म के उन स्थानों पर जहां पथ अंतर सम संख्या में अर्ध-तरंगों के बराबर है, चमकदार धारियां देखी जाती हैं। और विषम संख्या में अर्ध-तरंगों के साथ - अंधेरे धारियां। धारियों की क्षैतिज व्यवस्था को समान फिल्म मोटाई की रेखाओं की क्षैतिज व्यवस्था द्वारा समझाया गया है।

हम साबुन की फिल्म को सफेद रोशनी (दीपक से) से रोशन करते हैं। हम वर्णक्रमीय रंगों में प्रकाश बैंड के रंगाई का निरीक्षण करते हैं: शीर्ष पर - नीला, नीचे - लाल।

व्याख्या। इस रंगाई को घटना के रंग की तरंग दैर्ध्य पर प्रकाश बैंड की स्थिति की निर्भरता से समझाया गया है।

हम यह भी देखते हैं कि बैंड, विस्तार और अपने आकार को बनाए रखते हुए, नीचे जाते हैं।

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

व्याख्या। यह फिल्म की मोटाई में कमी के कारण है, क्योंकि गुरुत्वाकर्षण की क्रिया के तहत साबुन का घोल नीचे बहता है।

अनुभव 2. काँच की नली से साबुन के बुलबुले को फूँककर उसकी सावधानीपूर्वक जाँच कीजिए। जब सफेद रोशनी से रोशन किया जाता है, तो वर्णक्रमीय रंगों में रंगीन हस्तक्षेप के छल्ले के गठन का निरीक्षण करें। प्रत्येक प्रकाश वलय का शीर्ष किनारा नीला है, नीचे का भाग लाल है। जैसे-जैसे फिल्म की मोटाई कम होती जाती है, वैसे-वैसे रिंग भी फैलती जाती है, धीरे-धीरे नीचे की ओर बढ़ती है। उनके कुंडलाकार आकार को समान मोटाई की रेखाओं के कुंडलाकार आकार द्वारा समझाया गया है।

प्रश्नों के उत्तर दें:

साबुन के बुलबुले इंद्रधनुषी क्यों होते हैं?

इंद्रधनुष की धारियाँ किस आकार की होती हैं?

बुलबुले का रंग हर समय क्यों बदलता रहता है?

अनुभव 3। दो कांच की प्लेटों को अच्छी तरह से पोंछ लें, एक साथ रखें और अपनी उंगलियों से निचोड़ लें। संपर्क सतहों के गैर-आदर्श आकार के कारण, प्लेटों के बीच सबसे पतली वायु रिक्तिकाएँ बनती हैं।

व्याख्या: प्लेटों की सतहें पूरी तरह से सम नहीं हो सकती हैं, इसलिए वे कुछ ही स्थानों पर स्पर्श करती हैं। इन स्थानों के आसपास, विभिन्न आकृतियों की सबसे पतली हवा के झोंके बनते हैं, जो हस्तक्षेप की तस्वीर देते हैं। प्रेषित प्रकाश में, अधिकतम स्थिति 2h=kl

प्रश्नों के उत्तर दें:

प्लेटों के संपर्क के बिंदुओं पर चमकीले इंद्रधनुषी छल्ले के आकार या अनियमित आकार की धारियाँ क्यों देखी जाती हैं?

व्यतिकरण फ्रिन्जों की आकृति और स्थान दाब के साथ क्यों बदलते हैं?

अनुभव 4. विभिन्न कोणों से सीडी की सतह (जो रिकॉर्ड की जा रही है) की सावधानीपूर्वक जांच करें।

व्याख्या : विवर्तन स्पेक्ट्रा की चमक डिस्क पर जमा खांचे की आवृत्ति और किरणों के आपतन कोण पर निर्भर करती है। लैंप फिलामेंट से निकलने वाली लगभग समानांतर किरणें बिंदु ए और बी पर खांचे के बीच आसन्न उभार से परावर्तित होती हैं। घटना के कोण के बराबर कोण पर परावर्तित किरणें सफेद रेखा के रूप में लैंप फिलामेंट की एक छवि बनाती हैं। अन्य कोणों पर परावर्तित किरणों में एक निश्चित पथ अंतर होता है, जिसके परिणामस्वरूप तरंगें जुड़ती हैं।

आप क्या देख रहे हैं? देखी गई घटनाओं की व्याख्या करें। हस्तक्षेप पैटर्न का वर्णन करें।

एक सीडी की सतह दृश्य प्रकाश की तरंग दैर्ध्य के अनुरूप पिच के साथ एक सर्पिल ट्रैक है। एक सूक्ष्म संरचना वाली सतह पर, विवर्तन और व्यतिकरण की घटनाएं दिखाई देती हैं। सीडी के मुख्य आकर्षण इंद्रधनुषी हैं।

अनुभव 5. नायलॉन के कपड़े के माध्यम से एक जलते हुए दीपक के तंतु को देखें। कपड़े को धुरी के चारों ओर मोड़कर, समकोण पर पार किए गए दो विवर्तन बैंड के रूप में एक स्पष्ट विवर्तन पैटर्न प्राप्त करें।

व्याख्या : क्रॉस के केंद्र में एक सफेद विवर्तन शिखर दिखाई देता है। k=0 पर, तरंग पथ अंतर शून्य के बराबर है, इसलिए केंद्रीय अधिकतम सफेद है। क्रॉस प्राप्त किया जाता है क्योंकि कपड़े के धागे दो विवर्तन झंझरी होते हैं जो परस्पर लंबवत स्लॉट के साथ एक साथ मुड़े होते हैं। वर्णक्रमीय रंगों की उपस्थिति को इस तथ्य से समझाया गया है कि सफेद प्रकाश में विभिन्न लंबाई की तरंगें होती हैं। विभिन्न तरंग दैर्ध्य के लिए प्रकाश का अधिकतम विवर्तन विभिन्न स्थानों पर प्राप्त होता है।

देखे गए विवर्तन क्रॉस को आरेखित करें। देखी गई घटनाओं की व्याख्या करें।

अनुभव 6.

एक छोटे से छेद पर विवर्तन

इस तरह के विवर्तन को देखने के लिए हमें कागज की एक मोटी शीट और एक पिन की आवश्यकता होती है। पिन की मदद से शीट में एक छोटा सा छेद कर लें। फिर हम छेद को आंख के करीब लाते हैं और एक उज्ज्वल प्रकाश स्रोत देखते हैं। इस मामले में, प्रकाश का विवर्तन दिखाई देता है

आउटपुट रिकॉर्ड करें। इंगित करें कि आपके किस प्रयोग में व्यतिकरण की परिघटना देखी गई और किस विवर्तन में . आपने जिन व्यतिकरण और विवर्तन का सामना किया है उनके उदाहरण दीजिए।

नियंत्रण प्रश्न ( प्रत्येक छात्र 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 थी?

पतली व्यतिकरण फिल्मों के इंद्रधनुषी रंग की व्याख्या क्या करती है?

क्या दो तापदीप्त बल्बों से प्रकाश तरंगें व्यतिकरण कर सकती हैं? क्यों?

तेल की मोटी परत इंद्रधनुषी क्यों नहीं होती?

क्या मुख्य विवर्तन उच्चिष्ठ की स्थिति ग्रेटिंग स्लिट्स की संख्या पर निर्भर करती है?

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

पाठ का उद्देश्य:

• "हस्तक्षेप और प्रकाश का विवर्तन" विषय पर ज्ञान का सामान्यीकरण;
• छात्रों के प्रायोगिक कौशल और क्षमताओं का निर्माण जारी रखें;
• प्राकृतिक घटनाओं की व्याख्या करने के लिए सैद्धांतिक ज्ञान का प्रयोग कर सकेंगे;
• भौतिकी और वैज्ञानिक ज्ञान की प्रक्रिया में रुचि के निर्माण को बढ़ावा देना;
• छात्रों के क्षितिज के विस्तार में योगदान, प्रयोग के परिणामों से निष्कर्ष निकालने की क्षमता का विकास।

उपकरण:

• सीधे फिलामेंट लैंप (प्रति वर्ग एक);
• एक हैंडल के साथ वायर रिंग (काम नंबर 1,2);
• एक गिलास साबुन का पानी (काम नंबर 1,2);
• कांच की प्लेटें (40 x 60 मिमी), प्रति सेट 2 टुकड़े (कार्य संख्या 3) (घर में बने उपकरण);
• कैलीपर (कार्य संख्या 4);
• नायलॉन कपड़े (100 x 100 मिमी, घर का बना उपकरण, काम नंबर 5);
• ग्रामोफोन रिकॉर्ड (4 और 8 स्ट्रोक प्रति 1 मिमी, कार्य संख्या 6);
• सीडी (कार्य संख्या 6);
• कीड़ों और पक्षियों की तस्वीरें (कार्य संख्या 7)।

पाठ प्रगति

I. "लाइट इंटरफेरेंस" (अध्ययन की गई सामग्री की पुनरावृत्ति) विषय पर ज्ञान का बोध।

शिक्षक: प्रायोगिक कार्यों को करने से पहले हम मुख्य सामग्री को दोहराएंगे।

किस घटना को व्यतिकरण की घटना कहा जाता है?

किन तरंगों की विशेषता व्यतिकरण है?

सुसंगत तरंगों को परिभाषित करें।

व्यतिकरण उच्चिष्ठ और निम्निष्ठ के लिए शर्तें लिखिए।

क्या व्यतिकरण परिघटना में ऊर्जा संरक्षण के नियम का पालन होता है?

छात्र (सुझाए गए उत्तर):

- हस्तक्षेप किसी भी प्रकृति की तरंगों की विशेषता है: यांत्रिक, विद्युत चुम्बकीय। "तरंगों का हस्तक्षेप अंतरिक्ष में दो (या कई) तरंगों का जोड़ है, जिसमें इसके विभिन्न बिंदुओं पर परिणामी तरंग का प्रवर्धन या कमजोर होना प्राप्त होता है।"

- एक स्थिर हस्तक्षेप पैटर्न के गठन के लिए सुसंगत (मिलान) तरंग स्रोतों की आवश्यकता होती है।

- सुसंगत तरंगें वे तरंगें होती हैं जिनकी आवृत्ति समान होती है और एक निरंतर चरण अंतर होता है।

बोर्ड पर, छात्र अधिकतम और न्यूनतम शर्तों को लिखते हैं।

बिंदु C पर परिणामी विस्थापन का आयाम दूरी पर तरंगों के मार्ग में अंतर पर निर्भर करता है डी 2 – डी 1 .

चित्र 1 - अधिकतम स्थितियां	चित्र 2 - न्यूनतम शर्तें
, () जहां के = 0; ± 1; ±2; ± 3;… (लहरों के मार्ग में अंतर आधी-तरंगों की सम संख्या के बराबर है) स्रोत S 1 और S 2 से तरंगें समान चरणों में बिंदु C पर आएंगी और "एक दूसरे को प्रवर्धित करेंगी"। दोलन के चरण चरण अंतर А=2Х अधिकतम परिणामी तरंग का आयाम है।	, () जहां के = 0; ± 1; ±2; ± 3;… (तरंगों के मार्ग में अंतर अर्ध-तरंगों की विषम संख्या के बराबर है) स्रोत एस 1 और एस 2 से तरंगें एंटीपेज़ में बिंदु सी पर आएंगी और "एक दूसरे को बुझा देंगी"। दोलन के चरण चरण अंतर A=0 परिणामी तरंग का आयाम है।

एक हस्तक्षेप पैटर्न बढ़ी हुई और घटी हुई प्रकाश तीव्रता के क्षेत्रों का एक नियमित प्रत्यावर्तन है।

- प्रकाश का हस्तक्षेप - दो या दो से अधिक प्रकाश तरंगों के आरोपित होने पर प्रकाश विकिरण की ऊर्जा का स्थानिक पुनर्वितरण।

परिणामस्वरूप, प्रकाश के व्यतिकरण और विवर्तन की परिघटनाओं में ऊर्जा संरक्षण के नियम का पालन होता है। हस्तक्षेप के 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 की जाती है (कुल प्रकाश ऊर्जा स्वतंत्र स्रोतों से दो प्रकाश पुंजों की प्रकाश ऊर्जा है)।

लाइट स्ट्राइप्स एनर्जी मैक्सिमा के अनुरूप हैं, डार्क स्ट्राइप्स एनर्जी मिनिमा के अनुरूप हैं।

शिक्षक: पाठ के व्यावहारिक भाग की ओर बढ़ते हैं।

प्रायोगिक कार्य संख्या 1

"एक साबुन फिल्म पर प्रकाश के हस्तक्षेप की घटना का अवलोकन"।

उपकरण: साबुन के घोल के साथ चश्मा, 30 मिमी के व्यास के साथ एक हैंडल के साथ तार के छल्ले। ( चित्र 3 देखें)

छात्र मोनोक्रोमैटिक रोशनी के तहत एक फ्लैट साबुन फिल्म पर एक अंधेरी कक्षा में व्यवधान देखते हैं।

वायर रिंग पर हमें एक साबुन की फिल्म मिलती है और इसे लंबवत रखें।

हम प्रकाश और गहरे रंग की क्षैतिज पट्टियों का निरीक्षण करते हैं जो फिल्म की मोटाई में परिवर्तन के साथ चौड़ाई में बदलती हैं ( चित्र 4 देखें).

व्याख्या। प्रकाश और अंधेरे बैंड की उपस्थिति को फिल्म की सतह से परावर्तित प्रकाश तरंगों के हस्तक्षेप से समझाया गया है। त्रिकोण डी = 2 एच

प्रकाश तरंगों के मार्ग में अंतर फिल्म की मोटाई के दोगुने के बराबर होता है।

जब लंबवत रखा जाता है, तो फिल्म में पच्चर के आकार का आकार होता है। इसके ऊपरी भाग में प्रकाश तरंगों के मार्ग का अंतर निचले भाग की तुलना में कम होगा। फिल्म के उन स्थानों पर जहां पथ अंतर सम संख्या में अर्ध-तरंगों के बराबर है, चमकदार धारियां देखी जाती हैं। और विषम संख्या में अर्ध-तरंगों के साथ - हल्की धारियाँ। धारियों की क्षैतिज व्यवस्था को समान फिल्म मोटाई की रेखाओं की क्षैतिज व्यवस्था द्वारा समझाया गया है।

4. साबुन की फिल्म को सफेद रोशनी (दीपक से) से रोशन करें।

5. हम वर्णक्रमीय रंगों में प्रकाश बैंड के रंग का निरीक्षण करते हैं: शीर्ष पर - नीला, तल पर - लाल।

व्याख्या। इस रंगाई को घटना के रंग की तरंग दैर्ध्य पर प्रकाश बैंड की स्थिति की निर्भरता से समझाया गया है।

6. हम यह भी देखते हैं कि पट्टियां, विस्तार और अपने आकार को बनाए रखते हुए, नीचे जाती हैं।

व्याख्या। यह फिल्म की मोटाई में कमी के कारण है, क्योंकि गुरुत्वाकर्षण की क्रिया के तहत साबुन का घोल नीचे बहता है।

प्रायोगिक कार्य संख्या 2

"साबुन के बुलबुले पर प्रकाश के व्यतिकरण का प्रेक्षण"।

1. छात्र बुलबुले उड़ाते हैं (चित्र 5 देखें)।

2. हम इसके ऊपरी और निचले हिस्सों पर वर्णक्रमीय रंगों में चित्रित व्यतिकरण वलयों के निर्माण का निरीक्षण करते हैं। प्रत्येक प्रकाश वलय का शीर्ष किनारा नीला है, नीचे का भाग लाल है। जैसे-जैसे फिल्म की मोटाई कम होती जाती है, वैसे-वैसे रिंग भी फैलती जाती है, धीरे-धीरे नीचे की ओर बढ़ती है। उनके कुंडलाकार आकार को समान मोटाई की रेखाओं के कुंडलाकार आकार द्वारा समझाया गया है।

प्रायोगिक कार्य संख्या 3।

"एक वायु फिल्म पर प्रकाश के हस्तक्षेप का अवलोकन"

छात्र साफ कांच की प्लेटों को एक साथ रखते हैं और उन्हें अपनी उंगलियों से निचोड़ते हैं (चित्र संख्या 6 देखें)।

प्लेटें एक गहरे रंग की पृष्ठभूमि के विरुद्ध परावर्तित प्रकाश में देखी जाती हैं।

हम कुछ स्थानों पर चमकदार इंद्रधनुषी अंगूठी के आकार की या बंद अनियमित आकार की धारियों का निरीक्षण करते हैं।

दबाव बदलें और धारियों के स्थान और आकार में परिवर्तन देखें।

अध्यापक: इस कार्य में अवलोकन व्यक्तिगत हैं। आपके द्वारा देखे जाने वाले हस्तक्षेप पैटर्न को स्केच करें।

व्याख्या: प्लेटों की सतहें पूरी तरह से सम नहीं हो सकती हैं, इसलिए वे कुछ ही स्थानों पर स्पर्श करती हैं। इन स्थानों के आसपास, विभिन्न आकृतियों की सबसे पतली हवा के झोंके बनते हैं, जो हस्तक्षेप की तस्वीर देते हैं। (चित्र संख्या 7)।

प्रेषित प्रकाश में, अधिकतम स्थिति 2h=kl

अध्यापक: निर्माण और इंजीनियरिंग प्रौद्योगिकी में हस्तक्षेप और ध्रुवीकरण की घटना का उपयोग संरचनाओं और मशीनों के व्यक्तिगत नोड्स में उत्पन्न होने वाले तनावों का अध्ययन करने के लिए किया जाता है। अनुसंधान पद्धति को फोटोलेस्टिक कहा जाता है। उदाहरण के लिए, जब भाग मॉडल विकृत होता है, तो कार्बनिक ग्लास की एकरूपता का उल्लंघन होता है।हस्तक्षेप पैटर्न की प्रकृति भाग में आंतरिक तनाव को दर्शाती है।(चित्र संख्या 8) .

द्वितीय। "प्रकाश का विवर्तन" (अध्ययन की गई सामग्री की पुनरावृत्ति) विषय पर ज्ञान का बोध।

शिक्षक: काम के दूसरे भाग को करने से पहले हम मुख्य सामग्री को दोहराएंगे।

किस घटना को विवर्तन की घटना कहा जाता है?

विवर्तन की अभिव्यक्ति के लिए शर्त।

विवर्तन झंझरी, इसके प्रकार और मुख्य गुण।

विवर्तन अधिकतम देखने की शर्त।

बैंगनी हस्तक्षेप पैटर्न के केंद्र के करीब क्यों है?

छात्र (सुझाए गए उत्तर):

विवर्तन छोटे छिद्रों से गुजरने और तरंग द्वारा छोटी बाधाओं को गोल करने पर रेक्टिलाइनियर प्रसार से तरंग विचलन की घटना है।

विवर्तन की अभिव्यक्ति के लिए शर्त: डी < , कहाँ डीबाधा का आकार है, तरंग दैर्ध्य है। बाधाओं (छिद्रों) का आयाम तरंग दैर्ध्य से छोटा या उसके अनुरूप होना चाहिए। इस घटना (विवर्तन) का अस्तित्व ज्यामितीय प्रकाशिकी के नियमों के दायरे को सीमित करता है और ऑप्टिकल उपकरणों के सीमित संकल्प का कारण है।

एक विवर्तन झंझरी एक ऑप्टिकल उपकरण है जो बड़ी संख्या में नियमित रूप से दूरी वाले तत्वों की एक आवधिक संरचना है जिस पर प्रकाश विवर्तित होता है। किसी दिए गए विवर्तन झंझरी के लिए परिभाषित और स्थिर प्रोफ़ाइल वाले स्ट्रोक नियमित अंतराल पर दोहराए जाते हैं डी(जाली अवधि)। तरंगदैर्घ्य में उस पर आपतित प्रकाश की किरण को विघटित करने के लिए एक विवर्तन झंझरी की क्षमता इसकी मुख्य संपत्ति है। चिंतनशील और पारदर्शी विवर्तन झंझरी हैं। आधुनिक उपकरणों में, मुख्य रूप से परावर्तक विवर्तन झंझरी का उपयोग किया जाता है।.

विवर्तन अधिकतम देखने की शर्त:

प्रायोगिक कार्य संख्या 4।

"एक संकीर्ण भट्ठा द्वारा प्रकाश के विवर्तन का अवलोकन"

उपकरण: (सेमी ड्राइंग नंबर 9)

1. हम जबड़े के बीच 0.5 मिमी चौड़े रूपों के अंतर तक कैलीपर के स्लाइडर को स्थानांतरित करते हैं।
2. हम स्पंज के बेवल वाले हिस्से को आंख के करीब रखते हैं (शेल को लंबवत रखते हुए)।
3. इस अंतराल के माध्यम से हम जलते हुए दीपक के लंबवत स्थित धागे को देखते हैं।
4. हम धागे के दोनों किनारों पर इसके समानांतर इंद्रधनुषी धारियों का निरीक्षण करते हैं।
5. हम स्लॉट की चौड़ाई 0.05 - 0.8 मिमी की सीमा में बदलते हैं। संकरी स्लिट्स में जाने पर, बैंड अलग हो जाते हैं, व्यापक हो जाते हैं, और अलग स्पेक्ट्रा बनाते हैं। जब सबसे चौड़े झिरी से देखा जाता है, तो फ्रिज बहुत संकरे और एक दूसरे के करीब होते हैं।
6. छात्र अपनी नोटबुक में जो देखते हैं वही बनाते हैं।

प्रायोगिक कार्य संख्या 5।

"कैप्रोन कपड़े पर प्रकाश विवर्तन का अवलोकन"।

उपकरण: एक सीधे तंतु के साथ एक दीपक, आकार में 100x100 मिमी नायलॉन कपड़े (चित्र 10)

1. हम जलते हुए दीपक के धागे में नायलॉन के कपड़े को देखते हैं।
2. हम एक "विवर्तन क्रॉस" (समकोण पर पार किए गए दो विवर्तन बैंड के रूप में एक पैटर्न) का निरीक्षण करते हैं।
3. छात्र एक नोटबुक में वे चित्र बनाते हैं जो वे देखते हैं (विवर्तन क्रॉस)।

व्याख्याः भूपर्पटी के केंद्र में एक सफेद विवर्तन शिखर दिखाई देता है। k=0 पर, तरंग पथ अंतर शून्य के बराबर है, इसलिए केंद्रीय अधिकतम सफेद है।

क्रॉस प्राप्त किया जाता है क्योंकि कपड़े के धागे दो विवर्तन झंझरी होते हैं जो परस्पर लंबवत स्लॉट के साथ एक साथ मुड़े होते हैं। वर्णक्रमीय रंगों की उपस्थिति को इस तथ्य से समझाया गया है कि सफेद प्रकाश में विभिन्न लंबाई की तरंगें होती हैं। विभिन्न तरंग दैर्ध्य के लिए प्रकाश का अधिकतम विवर्तन विभिन्न स्थानों पर प्राप्त होता है।

प्रायोगिक कार्य संख्या 6।

"ग्रामोफोन रिकॉर्ड और लेजर डिस्क पर प्रकाश के विवर्तन का निरीक्षण"।

उपकरण: सीधे फिलामेंट लैंप, ग्रामोफोन रिकॉर्ड (चित्र 11 देखें)

ग्रामोफोन रिकॉर्ड एक अच्छा विवर्तन झंझरी है।

1. हम रिकॉर्ड को इस तरह रखते हैं कि खांचे लैम्प फिलामेंट के समानांतर हों और परावर्तित प्रकाश में विवर्तन का निरीक्षण करें।
2. हम कई आदेशों के उज्ज्वल विवर्तन स्पेक्ट्रा का निरीक्षण करते हैं।

स्पष्टीकरण: विवर्तन स्पेक्ट्रा की चमक रिकॉर्ड पर लागू खांचे की आवृत्ति और किरणों के आपतन कोण पर निर्भर करती है। (चित्र 12 देखें)

लैंप फिलामेंट से निकलने वाली लगभग समानांतर किरणें बिंदु ए और बी पर खांचे के बीच आसन्न उभार से परावर्तित होती हैं। घटना के कोण के बराबर कोण पर परावर्तित किरणें सफेद रेखा के रूप में लैंप फिलामेंट की एक छवि बनाती हैं। अन्य कोणों पर परावर्तित किरणों में एक निश्चित पथ अंतर होता है, जिसके परिणामस्वरूप तरंगें जुड़ती हैं।

आइए हम इसी तरह से लेजर डिस्क पर विवर्तन देखें। (चित्र 13 देखें)

सीडी की सतह दृश्य प्रकाश की तरंग दैर्ध्य के तुलनीय कदम के साथ एक सर्पिल ट्रैक है। महीन दाने वाली सतह पर विवर्तन और हस्तक्षेप की घटनाएं दिखाई देती हैं। सीडी के मुख्य आकर्षण इंद्रधनुषी हैं।

प्रायोगिक कार्य संख्या 7।

"तस्वीरों से कीड़ों के विवर्तन रंग का अवलोकन"।

उपकरण: (चित्र संख्या 14, 15, 16 देखें।)

शिक्षक: पक्षियों, तितलियों और भृंगों का विवर्तन रंग प्रकृति में बहुत आम है। विवर्तनिक रंगों के रंगों में एक विस्तृत विविधता मोर, तीतर, काले सारस, चिड़ियों और तितलियों की विशेषता है। जानवरों के विवर्तन रंग का अध्ययन न केवल जीवविज्ञानी बल्कि भौतिकविदों द्वारा भी किया गया था।

छात्र तस्वीरें देखते हैं।

स्पष्टीकरण: कई पक्षियों के पंखों की बाहरी सतह और तितलियों और भृंगों के ऊपरी शरीर को एक से कई माइक्रोन की अवधि के साथ संरचनात्मक तत्वों की नियमित पुनरावृत्ति की विशेषता होती है, जिससे एक विवर्तन झंझरी बनती है। उदाहरण के लिए, मोर की पूंछ की केंद्रीय आँखों की संरचना चित्र संख्या 14 में देखी जा सकती है। आँखों का रंग इस बात पर निर्भर करता है कि प्रकाश उन पर कैसे पड़ता है, हम उन्हें किस कोण से देखते हैं।

नियंत्रण प्रश्न (प्रत्येक छात्र एक कार्य के साथ एक कार्ड प्राप्त करता है - लिखित रूप में प्रश्नों का उत्तर दें ):

1. प्रकाश क्या है?
2. किसने सिद्ध किया कि प्रकाश एक विद्युत चुम्बकीय तरंग है?
3. निर्वात में प्रकाश की गति कितनी होती है?
4. प्रकाश के व्यतिकरण की खोज किसने की थी?
5. पतली व्यतिकरण फिल्मों के इंद्रधनुषी रंग की व्याख्या क्या करती है?
6. क्या दो तापदीप्त बल्बों से प्रकाश तरंगें व्यतिकरण कर सकती हैं? क्यों?
7. तेल की मोटी परत इंद्रधनुषी क्यों नहीं होती?
8. क्या मुख्य विवर्तन उच्चिष्ठ की स्थिति ग्रेटिंग स्लिट्स की संख्या पर निर्भर करती है?
9. साबुन की फिल्म का स्पष्ट इंद्रधनुषी रंग हर समय क्यों बदलता रहता है?

गृहकार्य (समूहों में, छात्रों की व्यक्तिगत विशेषताओं को ध्यान में रखते हुए)।

- "वाविलोव का विरोधाभास" विषय पर एक रिपोर्ट तैयार करें।

- "हस्तक्षेप", "विवर्तन" कीवर्ड के साथ क्रॉसवर्ड पहेली लिखें।

साहित्य:

1. अरबाझी वी.आई. कीड़ों का विवर्तन रंग / "क्वांटम" नंबर 2, 1975
2. वोल्कोव वी.ए. भौतिकी में सार्वभौमिक पाठ विकास। ग्रेड 11। - एम .: वाको, 2006।
3. कोज़लोव एस.ए. सीडी के कुछ ऑप्टिकल गुणों पर। / "भौतिकी स्कूल में" नंबर 1, 2006
4. सीडी / "भौतिकी स्कूल में" नंबर 1, 2006
5. मायाकिशेव जी.वाई., बुकोवत्सेव बी.बी. भौतिकी: प्रोक। 11 कोशिकाओं के लिए। औसत विद्यालय - एम।: शिक्षा, 2000
6. फैब्रिकेंट वी.ए. वाविलोव का विरोधाभास / "क्वांटम" नंबर 2, 1971
7. भौतिकी: प्रोक। 11 कोशिकाओं के लिए। औसत विद्यालय / एनएम शाखमेव, एसएन शाखमेव, डी.एस.शोडीव। - एम।: शिक्षा, 1991।
8. भौतिक विश्वकोश शब्दकोश / "सोवियत विश्वकोश", 1983।
9. शैक्षिक संस्थानों के ग्रेड 7 - 11 में भौतिकी में फ्रंटल प्रयोगशाला कक्षाएं: पुस्तक। शिक्षक / वीए बुरोव, यू.आई.डिक, बीएस ज़्वोरकिन और अन्य के लिए; ईडी। वीए बुरोवा, जीजी निकिफोरोवा। - एम।: शिक्षा: प्रोक। लिट., 1996

लैब #13

विषय: "हस्तक्षेप और प्रकाश के विवर्तन का अवलोकन"

कार्य का लक्ष्य:व्यतिकरण और विवर्तन की परिघटना का प्रयोगात्मक अध्ययन कर सकेंगे।

उपकरण:सीधे फिलामेंट वाला एक इलेक्ट्रिक लैंप (प्रति वर्ग एक), दो ग्लास प्लेट, एक ग्लास ट्यूब, साबुन के घोल के साथ एक ग्लास, 30 मिमी के व्यास के साथ एक तार की अंगूठी, एक सीडी, एक कैलीपर, नायलॉन का कपड़ा।

लिखित:

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

तरंग हस्तक्षेप – दो (या कई) तरंगों के अंतरिक्ष में जोड़, जिसमें इसके विभिन्न बिंदुओं पर परिणामी तरंग का प्रवर्धन या क्षीणन प्राप्त होता है.

आमतौर पर, हस्तक्षेप तब देखा जाता है जब एक ही प्रकाश स्रोत द्वारा उत्सर्जित तरंगों का सुपरपोजिशन होता है, जो अलग-अलग तरीकों से दिए गए बिंदु पर आता है। दो स्वतंत्र स्रोतों से हस्तक्षेप पैटर्न प्राप्त करना असंभव है, क्योंकि अणु या परमाणु एक दूसरे से स्वतंत्र रूप से तरंगों की अलग-अलग ट्रेनों में प्रकाश उत्सर्जित करते हैं। परमाणु प्रकाश तरंगों (ट्रेनों) के टुकड़ों का उत्सर्जन करते हैं, जिसमें दोलनों के चरण यादृच्छिक होते हैं। सूगी करीब 1 मीटर लंबी होती हैं। विभिन्न परमाणुओं की तरंग गाड़ियाँ एक दूसरे पर आरोपित होती हैं। परिणामी दोलनों का आयाम समय के साथ इतनी तेज़ी से बदलता है कि आँखों के पास चित्रों के इस परिवर्तन को महसूस करने का समय नहीं होता 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 कहलाती हैं जिनकी समान आवृत्ति और एक स्थिर चरण अंतर होता है।

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

अधिकतम स्थिति

, (Δd=d 2 -d 1 )

कहाँ के = 0; ± 1; ±2; ± 3 ;…

(लहरों के मार्ग में अंतर आधी-तरंगों की सम संख्या के बराबर है)

स्रोत A और B से तरंगें समान चरणों में बिंदु C पर आएंगी और "एक दूसरे को प्रवर्धित करेंगी"।

φ ए \u003d φ बी - दोलनों के चरण

Δφ=0 - चरण अंतर

ए = 2X अधिकतम

न्यूनतम शर्त

, (Δd=d 2 -d 1)

कहाँ के = 0; ± 1; ±2; ± 3;…

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

स्रोत ए और बी से तरंगें एंटीपेज़ में बिंदु सी पर आएंगी और "एक दूसरे को बुझा देंगी"।

φ ए ≠φ बी - दोलन चरण

Δφ=π - चरण अंतर

ए = 0 परिणामी तरंग का आयाम है।

हस्तक्षेप पैटर्न- उच्च और निम्न प्रकाश तीव्रता वाले क्षेत्रों का नियमित प्रत्यावर्तन।

हल्का हस्तक्षेप- दो या दो से अधिक प्रकाश तरंगों के सुपरिंपोज होने पर प्रकाश विकिरण की ऊर्जा का स्थानिक पुनर्वितरण।

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

विवर्तन – छोटे छिद्रों से गुजरने और तरंग द्वारा छोटी बाधाओं को गोल करने पर आयताकार प्रसार से तरंग विचलन की घटना.

विवर्तन अभिव्यक्ति की स्थिति: डी< λ , कहाँ डी- बाधा का आकार, λ - तरंग दैर्ध्य। बाधाओं (छिद्रों) का आयाम तरंग दैर्ध्य से छोटा या उसके अनुरूप होना चाहिए।

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

डिफ़्रैक्शन ग्रेटिंग- एक ऑप्टिकल डिवाइस, जो बड़ी संख्या में नियमित रूप से व्यवस्थित तत्वों की एक आवधिक संरचना है, जिस पर प्रकाश विवर्तित होता है। किसी दिए गए विवर्तन झंझरी के लिए परिभाषित और स्थिर प्रोफ़ाइल वाले स्ट्रोक नियमित अंतराल पर दोहराए जाते हैं डी(जाली अवधि)। तरंगदैर्घ्य में उस पर आपतित प्रकाश की किरण को विघटित करने के लिए एक विवर्तन झंझरी की क्षमता इसकी मुख्य संपत्ति है। चिंतनशील और पारदर्शी विवर्तन झंझरी हैं। आधुनिक उपकरणों में, मुख्य रूप से परावर्तक विवर्तन झंझरी का उपयोग किया जाता है।.

अधिकतम विवर्तन देखने की शर्त:

डी sinφ=k λ, कहाँ के = 0; ± 1; ±2; ± 3; डी- झंझरी अवधि , φ - वह कोण जिस पर अधिकतम मनाया जाता है, और λ - तरंग दैर्ध्य।

अधिकतम स्थिति से यह इस प्रकार है sinφ=(k λ)/d.

चलो के = 1, फिर sinφ करोड़ =λ करोड़ /घऔर sinφ f =λ f /d।

ह ज्ञात है कि λ करोड़ >λ च,इस तरह sinφ करोड़>पाप च. क्योंकि वाई = पाप च - समारोह बढ़ रहा है, फिर φ करोड़ >φ च

इसलिए, विवर्तन स्पेक्ट्रम में बैंगनी रंग केंद्र के करीब स्थित होता है।

प्रकाश के व्यतिकरण तथा विवर्तन की परिघटनाओं में ऊर्जा संरक्षण के नियम का पालन होता है. हस्तक्षेप के 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 की जाती है (कुल प्रकाश ऊर्जा स्वतंत्र स्रोतों से दो प्रकाश पुंजों की प्रकाश ऊर्जा है)। लाइट स्ट्राइप्स एनर्जी मैक्सिमा के अनुरूप हैं, डार्क स्ट्राइप्स एनर्जी मिनिमा के अनुरूप हैं।

प्रगति:

अनुभव 1.वायर रिंग को साबुन के घोल में डुबोएं। वायर रिंग पर साबुन की फिल्म बन जाती है।

इसे वर्टिकली पोजीशन करें। हम हल्की और गहरी क्षैतिज पट्टियों का निरीक्षण करते हैं जो फिल्म की मोटाई में बदलाव के साथ चौड़ाई में बदलती हैं।

व्याख्या।प्रकाश और अंधेरे बैंड की उपस्थिति को फिल्म की सतह से परावर्तित प्रकाश तरंगों के हस्तक्षेप से समझाया गया है। त्रिकोण डी = 2 एच। प्रकाश तरंगों के मार्ग में अंतर फिल्म की मोटाई के दोगुने के बराबर होता है।जब लंबवत रखा जाता है, तो फिल्म में पच्चर के आकार का आकार होता है। इसके ऊपरी भाग में प्रकाश तरंगों के मार्ग का अंतर निचले भाग की तुलना में कम होगा। फिल्म के उन स्थानों पर जहां पथ अंतर सम संख्या में अर्ध-तरंगों के बराबर है, चमकदार धारियां देखी जाती हैं। और विषम संख्या में अर्ध-तरंगों के साथ - अंधेरे धारियां। धारियों की क्षैतिज व्यवस्था को समान फिल्म मोटाई की रेखाओं की क्षैतिज व्यवस्था द्वारा समझाया गया है।

हम साबुन की फिल्म को सफेद रोशनी (दीपक से) से रोशन करते हैं। हम वर्णक्रमीय रंगों में प्रकाश बैंड के रंगाई का निरीक्षण करते हैं: शीर्ष पर - नीला, नीचे - लाल।

व्याख्या।इस रंगाई को घटना के रंग की तरंग दैर्ध्य पर प्रकाश बैंड की स्थिति की निर्भरता से समझाया गया है।

हम यह भी देखते हैं कि बैंड, विस्तार और अपने आकार को बनाए रखते हुए, नीचे जाते हैं।

व्याख्या।यह फिल्म की मोटाई में कमी के कारण है, क्योंकि गुरुत्वाकर्षण की क्रिया के तहत साबुन का घोल नीचे बहता है।

अनुभव 2. काँच की नली से साबुन के बुलबुले को फूँककर उसकी सावधानीपूर्वक जाँच कीजिए।जब सफेद रोशनी से रोशन किया जाता है, तो वर्णक्रमीय रंगों में रंगीन हस्तक्षेप के छल्ले के गठन का निरीक्षण करें। प्रत्येक प्रकाश वलय का शीर्ष किनारा नीला है, नीचे का भाग लाल है। जैसे-जैसे फिल्म की मोटाई कम होती जाती है, वैसे-वैसे रिंग भी फैलती जाती है, धीरे-धीरे नीचे की ओर बढ़ती है। उनके कुंडलाकार आकार को समान मोटाई की रेखाओं के कुंडलाकार आकार द्वारा समझाया गया है।

प्रश्नों के उत्तर दें:

1. साबुन के बुलबुले इंद्रधनुषी क्यों होते हैं?
2. इंद्रधनुष की धारियाँ किस आकार की होती हैं?
3. बुलबुले का रंग हर समय क्यों बदलता रहता है?

अनुभव 3.दो कांच की प्लेटों को अच्छी तरह से पोंछ लें, एक साथ रखें और अपनी उंगलियों से निचोड़ लें। संपर्क सतहों के गैर-आदर्श आकार के कारण, प्लेटों के बीच सबसे पतली वायु रिक्तिकाएँ बनती हैं।

जब प्रकाश अंतराल बनाने वाली प्लेटों की सतहों से परिलक्षित होता है, तो चमकदार इंद्रधनुषी धारियां दिखाई देती हैं - अंगूठी के आकार की या आकार में अनियमित। जब प्लेटों को दबाने वाला बल बदलता है, तो पट्टियों की व्यवस्था और आकार बदल जाता है। आप जो चित्र देखते हैं उन्हें खींचिए।

व्याख्या:प्लेटों की सतहें पूरी तरह से सम नहीं हो सकती हैं, इसलिए वे कुछ ही स्थानों पर स्पर्श करती हैं। इन स्थानों के आसपास, विभिन्न आकृतियों की सबसे पतली हवा के झोंके बनते हैं, जो हस्तक्षेप की तस्वीर देते हैं। प्रेषित प्रकाश में, अधिकतम स्थिति 2h=kl

प्रश्नों के उत्तर दें:

1. प्लेटों के संपर्क के बिंदुओं पर चमकीले इंद्रधनुषी छल्ले के आकार या अनियमित आकार की धारियाँ क्यों देखी जाती हैं?
2. व्यतिकरण फ्रिन्जों की आकृति और स्थान दाब के साथ क्यों बदलते हैं?

अनुभव 4.विभिन्न कोणों से सीडी की सतह (जो रिकॉर्ड की जा रही है) की सावधानीपूर्वक जांच करें।

व्याख्या: विवर्तन स्पेक्ट्रा की चमक डिस्क पर जमा खांचे की आवृत्ति और किरणों के आपतन कोण पर निर्भर करती है। लैंप फिलामेंट से निकलने वाली लगभग समानांतर किरणें बिंदु ए और बी पर खांचे के बीच आसन्न उभार से परावर्तित होती हैं। घटना के कोण के बराबर कोण पर परावर्तित किरणें सफेद रेखा के रूप में लैंप फिलामेंट की एक छवि बनाती हैं। अन्य कोणों पर परावर्तित किरणों में एक निश्चित पथ अंतर होता है, जिसके परिणामस्वरूप तरंगें जुड़ती हैं।

आप क्या देख रहे हैं? देखी गई घटनाओं की व्याख्या करें। हस्तक्षेप पैटर्न का वर्णन करें।

एक सीडी की सतह दृश्य प्रकाश की तरंग दैर्ध्य के अनुरूप पिच के साथ एक सर्पिल ट्रैक है। एक सूक्ष्म संरचना वाली सतह पर, विवर्तन और व्यतिकरण की घटनाएं दिखाई देती हैं। सीडी के मुख्य आकर्षण इंद्रधनुषी हैं।

अनुभव 5.हम जबड़े के बीच 0.5 मिमी चौड़े रूपों के अंतर तक कैलीपर के स्लाइडर को स्थानांतरित करते हैं।

हम स्पंज के बेवल वाले हिस्से को आंख के करीब रखते हैं (खाली जगह को लंबवत रखते हुए)। इस अंतराल के माध्यम से हम जलते हुए दीपक के लंबवत स्थित धागे को देखते हैं। हम धागे के दोनों किनारों पर इसके समानांतर इंद्रधनुषी धारियाँ देखते हैं। हम स्लॉट की चौड़ाई 0.05 - 0.8 मिमी की सीमा में बदलते हैं। संकरी स्लिट्स में जाने पर, बैंड अलग हो जाते हैं, व्यापक हो जाते हैं, और अलग स्पेक्ट्रा बनाते हैं। जब सबसे चौड़े झिरी से देखा जाता है, तो फ्रिज बहुत संकरे और एक दूसरे के करीब होते हैं। आप अपनी कॉपी में जो चित्र देखते हैं, उसका चित्र बनाइए। प्रेक्षित परिघटनाओं की व्याख्या कीजिए.

अनुभव 6.नायलॉन के कपड़े के माध्यम से एक जलते हुए दीपक के तंतु को देखें। कपड़े को धुरी के चारों ओर मोड़कर, समकोण पर पार किए गए दो विवर्तन बैंड के रूप में एक स्पष्ट विवर्तन पैटर्न प्राप्त करें।

व्याख्या: भूपर्पटी के केंद्र में एक सफेद विवर्तन शिखर दिखाई देता है। k=0 पर, तरंग पथ अंतर शून्य के बराबर है, इसलिए केंद्रीय अधिकतम सफेद है। क्रॉस प्राप्त किया जाता है क्योंकि कपड़े के धागे दो विवर्तन झंझरी होते हैं जो परस्पर लंबवत स्लॉट के साथ एक साथ मुड़े होते हैं। वर्णक्रमीय रंगों की उपस्थिति को इस तथ्य से समझाया गया है कि सफेद प्रकाश में विभिन्न लंबाई की तरंगें होती हैं। विभिन्न तरंग दैर्ध्य के लिए प्रकाश का अधिकतम विवर्तन विभिन्न स्थानों पर प्राप्त होता है।

देखे गए विवर्तन क्रॉस को आरेखित करें। देखी गई घटनाओं की व्याख्या करें।

आउटपुट रिकॉर्ड करें। इंगित करें कि आपके किस प्रयोग में व्यतिकरण की परिघटना देखी गई और किस विवर्तन में.

नियंत्रण प्रश्न:

1. प्रकाश क्या है?
2. किसने सिद्ध किया कि प्रकाश एक विद्युत चुम्बकीय तरंग है?
3. प्रकाश का व्यतिकरण किसे कहते हैं ? हस्तक्षेप के लिए अधिकतम और न्यूनतम शर्तें क्या हैं?
4. क्या दो तापदीप्त बल्बों से प्रकाश तरंगें व्यतिकरण कर सकती हैं? क्यों?
5. प्रकाश का विवर्तन क्या होता है?
6. क्या मुख्य विवर्तन उच्चिष्ठ की स्थिति ग्रेटिंग स्लिट्स की संख्या पर निर्भर करती है?

विषय: प्रकाश के व्यतिकरण और विवर्तन की परिघटनाओं का प्रेक्षण।

कार्य का लक्ष्य: व्यतिकरण और विवर्तन की परिघटना का प्रयोगात्मक अध्ययन कर सकेंगे।

उपकरण:

• साबुन के घोल के साथ चश्मा;
• तार की अंगूठी एक संभाल के साथ;
• नायलॉन का कपड़ा;
• सीडी;
• उज्ज्वल दीपक;
• कैलीपर्स;
• दो कांच की प्लेटें;
• ब्लेड;
• चिमटी;
• नायलॉन का कपड़ा।

सैद्धांतिक भाग

हस्तक्षेप किसी भी प्रकृति की तरंगों की विशेषता है: यांत्रिक, विद्युत चुम्बकीय। वेव इंटरफेरेंस अंतरिक्ष में दो (या कई) तरंगों का जोड़ है, जिसमें इसके विभिन्न बिंदुओं पर परिणामी तरंग का प्रवर्धन या कमजोर होना प्राप्त होता है। एक स्थिर हस्तक्षेप पैटर्न बनाने के लिए सुसंगत (मिलान) तरंग स्रोतों की आवश्यकता होती है। सुसंगत तरंगें वे तरंगें होती हैं जिनमें समान आवृत्ति और निरंतर चरण अंतर होता है।

अधिकतम शर्तें Δd = ±kλ, न्यूनतम शर्तें, Δd = ± (2k + 1)λ/2जहां के = 0; ± 1; ±2; ± 3;...(तरंगों के मार्ग में अंतर आधी-तरंगों की सम संख्या के बराबर है

एक हस्तक्षेप पैटर्न बढ़ी हुई और घटी हुई प्रकाश तीव्रता के क्षेत्रों का एक नियमित प्रत्यावर्तन है। प्रकाश हस्तक्षेप प्रकाश विकिरण की ऊर्जा का स्थानिक पुनर्वितरण है जब दो या दो से अधिक प्रकाश तरंगें अध्यारोपित होती हैं। परिणामस्वरूप, प्रकाश के व्यतिकरण और विवर्तन की परिघटनाओं में ऊर्जा संरक्षण के नियम का पालन होता है। हस्तक्षेप के 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 की जाती है (कुल प्रकाश ऊर्जा स्वतंत्र स्रोतों से दो प्रकाश पुंजों की प्रकाश ऊर्जा है)।
लाइट स्ट्राइप्स एनर्जी मैक्सिमा के अनुरूप हैं, डार्क स्ट्राइप्स एनर्जी मिनिमा के अनुरूप हैं।

विवर्तन छोटे छिद्रों से गुजरने और तरंग द्वारा छोटी बाधाओं को गोल करने पर रेक्टिलाइनियर प्रसार से तरंग विचलन की घटना है। विवर्तन की अभिव्यक्ति के लिए शर्त: डी< λ, कहाँ डी- बाधा का आकार, λ - तरंग दैर्ध्य। बाधाओं (छिद्रों) का आयाम तरंग दैर्ध्य से छोटा या उसके अनुरूप होना चाहिए। इस घटना (विवर्तन) का अस्तित्व ज्यामितीय प्रकाशिकी के नियमों के दायरे को सीमित करता है और ऑप्टिकल उपकरणों के सीमित संकल्प का कारण है। एक विवर्तन झंझरी एक ऑप्टिकल उपकरण है जो बड़ी संख्या में नियमित रूप से व्यवस्थित तत्वों की एक आवधिक संरचना है जिस पर प्रकाश विवर्तित होता है। किसी दिए गए विवर्तन झंझरी के लिए परिभाषित और स्थिर प्रोफ़ाइल वाले स्ट्रोक नियमित अंतराल पर दोहराए जाते हैं डी(जाली अवधि)। तरंगदैर्घ्य में उस पर आपतित प्रकाश की किरण को विघटित करने के लिए एक विवर्तन झंझरी की क्षमता इसकी मुख्य संपत्ति है। चिंतनशील और पारदर्शी विवर्तन झंझरी हैं। आधुनिक उपकरणों में, मुख्य रूप से परावर्तक विवर्तन झंझरी का उपयोग किया जाता है। विवर्तन अधिकतम देखने की शर्त: डी पाप (φ) = ± kλ

काम के लिए निर्देश

1. वायर फ्रेम को साबुन के घोल में डुबोएं। साबुन की फिल्म में व्यतिकरण पैटर्न को देखें और आरेखित करें। जब फिल्म को सफेद रोशनी (खिड़की या दीपक से) से रोशन किया जाता है, तो हल्की धारियां रंगीन होती हैं: शीर्ष पर - नीला, नीचे - लाल। साबुन के बुलबुले को उड़ाने के लिए कांच की नली का प्रयोग करें। उसे देखें। जब सफेद रोशनी से प्रकाशित किया जाता है, तो रंगीन व्यतिकरण छल्लों का बनना देखा जाता है। जैसे-जैसे फिल्म की मोटाई घटती है, छल्ले फैलते हैं और नीचे जाते हैं।

प्रश्नों के उत्तर दें:

1. साबुन के बुलबुले इंद्रधनुषी क्यों होते हैं?
2. इंद्रधनुष की धारियाँ किस आकार की होती हैं?
3. बुलबुले का रंग हर समय क्यों बदलता रहता है?

2. कांच की प्लेटों को अच्छी तरह से पोंछ लें, उन्हें एक साथ रखें और अपनी उंगलियों से निचोड़ लें। संपर्क सतहों के गैर-आदर्श आकार के कारण, प्लेटों के बीच सबसे पतली वायु रिक्तिकाएं बनती हैं, जिससे चमकीले इंद्रधनुषी कुंडलाकार या बंद अनियमित आकार की धारियां बनती हैं। जब प्लेटों को दबाने वाला बल बदलता है, तो बैंड का स्थान और आकार परावर्तित और प्रेषित प्रकाश दोनों में बदल जाता है। आप जो चित्र देखते हैं उन्हें खींचिए।

प्रश्नों के उत्तर दें:

1. प्लेटों के बीच संपर्क के अलग-अलग स्थानों में चमकीले इंद्रधनुषी कुंडलाकार या अनियमित आकार की धारियाँ क्यों देखी जाती हैं?
2. दाब में परिवर्तन के साथ प्राप्त व्यतिकरण फ्रिन्जों का आकार और स्थान क्यों बदल जाता है?

3. सीडी को आंखों के स्तर पर क्षैतिज रूप से बिछाएं। आप क्या देख रहे हैं? देखी गई घटनाओं की व्याख्या करें। हस्तक्षेप पैटर्न का वर्णन करें।

4. नायलॉन के कपड़े के माध्यम से जलते हुए दीपक के तंतु को देखें। कपड़े को धुरी के चारों ओर मोड़कर, समकोण पर पार किए गए दो विवर्तन बैंड के रूप में एक स्पष्ट विवर्तन पैटर्न प्राप्त करें। देखे गए विवर्तन क्रॉस को आरेखित करें।

5. एक कैलीपर के जबड़ों (0.05 मिमी और 0.8 मिमी की भट्ठा चौड़ाई के साथ) के माध्यम से एक जलते हुए दीपक के फिलामेंट की जांच करते समय दो विवर्तन पैटर्न का निरीक्षण करें। हस्तक्षेप पैटर्न की प्रकृति में परिवर्तन का वर्णन करें जब कैलीपर को ऊर्ध्वाधर अक्ष के चारों ओर सुचारू रूप से घुमाया जाता है (0.8 मिमी की भट्ठा चौड़ाई के साथ)। इस प्रयोग को दो ब्लेडों के साथ दोहराएं, उन्हें एक दूसरे के खिलाफ दबाएं। व्यतिकरण पैटर्न की प्रकृति का वर्णन कीजिए

अपने निष्कर्ष रिकॉर्ड करें। इंगित करें कि आपके किस प्रयोग में हस्तक्षेप की घटना देखी गई थी? विवर्तन?