Гэрлийн интерференц ба дифракцийн ажиглалт лабораторийн дүгнэлт. Фото сурвалжлага “Гэрийн интерференц ба дифракцийн ажиглалт

Лабораторийн ажил No11. Гэрлийн интерференц ба дифракцийн үзэгдлийн ажиглалт.
Ажлын зорилго: Гэрлийн интерференц ба дифракцийн үзэгдлийг туршилтаар судлах, эдгээр үзэгдлийн үүсэх нөхцөл, гэрлийн энергийн орон зайд тархалтын мөн чанарыг тодорхойлох.
Тоног төхөөрөмж: шулуун судалтай цахилгаан чийдэн (нэг ангид нэг), хоёр шилэн хавтан, PVC хоолой, савангийн уусмал бүхий шил, 30 мм-ийн диаметртэй бариултай утас цагираг, ир, цаасан тууз. ¼ хуудас, 5х5 см хэмжээтэй нейлон даавуу, дифракцийн тор, гэрлийн шүүлтүүр.

Товч онол
Интерференц ба дифракц нь механик, цахилгаан соронзон гэх мэт аливаа долгионы шинж чанартай үзэгдэл юм. Долгионы интерференц гэдэг нь орон зайд хоёр (эсвэл хэд хэдэн) долгион нэмэгдэх бөгөөд тэдгээрийн өөр өөр цэгүүдэд үүссэн долгионы олшрох эсвэл сулрах явдал үүсдэг. Өгөгдсөн цэгт янз бүрийн аргаар ирсэн ижил гэрлийн эх үүсвэрээс ялгардаг долгион давхцаж байх үед хөндлөнгийн оролцоо ажиглагддаг. Тогтвортой интерференцийн хэв маягийг бий болгохын тулд когерент долгион шаардлагатай - ижил давтамжтай, тогтмол фазын зөрүүтэй долгионууд. Когерент долгионыг нимгэн исэл, өөх тос, бие биенийхээ эсрэг дарагдсан хоёр тунгалаг шилний хоорондох агаарын шаантаг завсар дээр авч болно.
С цэгт үүссэн шилжилтийн далайц нь d2 - d1 зайд долгионы замын ялгаанаас хамаарна.
[ Зургийг үзэхийн тулд файлыг татаж авна уу ] Хамгийн их-(хэлбэлзлийн олшруулалт) нөхцөл: долгионы замын зөрүү нь тэгш тооны хагас долгионтой тэнцүү байна.
Энд k=0; ± 1; ±2; ± 3;
[ Зургийг үзэхийн тулд файлыг татаж авна уу ] А ба В эх үүсвэрийн долгион нь ижил үе шаттайгаар С цэгт ирж, "бие биенээ олшруулна.
Хэрэв замын зөрүү нь сондгой тооны хагас долгионтой тэнцүү бол долгионууд бие биенээ сулруулж, уулзах цэг дээр хамгийн бага нь ажиглагдах болно.

[ Зургийг үзэхийн тулд файлыг татаж авна уу ][ Зургийг үзэхийн тулд файлыг татаж авна уу ]
Гэрэл саад болох үед гэрлийн долгионы энергийн орон зайн дахин хуваарилалт үүсдэг.
Дифракци гэдэг нь жижиг нүхээр дамжин өнгөрөх, жижиг саадыг долгионоор дугуйлах үед долгионы шулуун тархалтаас хазайх үзэгдэл юм.
Дифракцийг Гюйгенс-Фреснелийн зарчмаар тайлбарладаг: долгионы хүрч буй саадын цэг бүр нь хоёрдогч долгионы эх үүсвэр болж, харилцан уялдаатай, саадын ирмэгээс цааш тархаж, бие биедээ саад болж, тогтвортой интерференцийн хэв маягийг бүрдүүлдэг. гэрэлтүүлгийн максимум ба минимум, цагаан гэрлээр цахилдаг. Дифракцийн илрэх нөхцөл: Саадын (нүх) хэмжээс нь долгионы уртаас бага буюу тэнцүү байх ёстой.Дифракц нь нимгэн судал, шилний зураас, цаасан дээрх ангархай босоо зүсэлт, сормуус дээр ажиглагддаг. , манантай шилэн дээрх усны дуслууд, үүлэн доторх мөсөн талстууд эсвэл шилэн дээр, шавьжны хитин бүрхүүлийн үс, шувууны өд, CD, цаасан дээр., дифракцийн сараалж дээр.,
Дифракцийн сараалж нь гэрэл сарнидаг олон тооны тогтмол зохион байгуулалттай элементүүдийн үечилсэн бүтэц болох оптик төхөөрөмж юм. Өгөгдсөн дифракцийн торны хувьд тодорхой, тогтмол профиль бүхий цус харвалт нь ижил d интервалаар (торны үе) давтагдана. Дифракцийн тор нь түүн дээр туссан гэрлийн туяаг долгионы уртад задлах чадвар нь түүний гол шинж чанар юм. Гэрэл цацруулагч, тунгалаг дифракцийн тор байдаг. Орчин үеийн төхөөрөмжүүдэд голчлон цацруулагч дифракцийн торыг ашигладаг.

Явц:
Даалгавар 1. A) Нимгэн хальсан дээрх интерференцийг ажиглах:
Туршлага 1. Утасны цагиргийг савангийн уусмалд дүрнэ. Утасны цагираг дээр савангийн хальс үүсдэг.
Үүнийг босоо байдлаар байрлуул. Бид хальсны зузаан өөрчлөгдөхөд өргөн, өнгө нь өөрчлөгддөг цайвар, бараан хэвтээ судлуудыг ажигладаг. Гэрэл шүүлтүүрээр дамжуулан зургийг шалгана уу.
Хэдэн тууз ажиглагдаж, тэдгээрийн өнгө хэрхэн солигдож байгааг бичнэ үү?
Туршлага 2. PVC хоолой ашиглан савангийн хөөсийг үлээж сайтар шалгана. Цагаан гэрлээр гэрэлтүүлэх үед спектрийн өнгөөр ​​будсан интерференцийн толбо үүсэхийг ажиглаарай Гэрэл шүүлтүүрээр дамжуулан зургийг шалгана.
Бөмбөлөгт ямар өнгө харагдаж байгаа бөгөөд тэдгээр нь дээрээс доошоо хэрхэн солигдох вэ?
B) Агаарын шаантаг дээрх хөндлөнгийн оролцоог ажиглах:
Туршлага 3. Хоёр шилэн хавтанг болгоомжтой арчиж, нийлүүлж, хуруугаараа шахаж ав. Холбоо барих гадаргуугийн хэлбэр нь тохиромжгүй тул ялтсуудын хооронд хамгийн нимгэн агаарын хоосон зай үүсдэг - эдгээр нь агаарын шаантаг бөгөөд тэдгээрт хөндлөнгөөс оролцдог. Хавтанг шахах хүч өөрчлөгдөхөд агаарын шаантагны зузаан өөрчлөгддөг бөгөөд энэ нь интерференцийн максимум, минимумуудын байршил, хэлбэр өөрчлөгдөхөд хүргэдэг.Дараа нь гэрлийн шүүлтүүрээр зургийг шалгана.
Цагаан гэрэлд харсан зүйлээ, шүүлтүүрээр харж байгаа зүйлээ зур.

Дүгнэлт: Интерференц яагаад үүсдэг, зургийн тод байдал, өнгөт нөлөөлдөг интерференцийн загвар дахь максимуудын өнгийг хэрхэн тайлбарлах вэ.

Даалгавар 2. Гэрлийн дифракцийг ажиглах.
Туршлага 4. Бид хутганы тусламжтайгаар цаасан дээр ангархай зүсэж, цаасыг нүдэндээ түрхэж, гэрлийн эх үүсвэрийн дэнлүүг харна. Бид гэрэлтүүлгийн максимум ба минимумыг ажиглаж, дараа нь гэрлийн шүүлтүүрээр зургийг шалгана.
Цагаан гэрэл болон монохромат гэрэлд харагдах дифракцийн загварыг зур.
Цаасыг гажуудуулж, бид ангарлын өргөнийг багасгаж, дифракцийг ажигладаг.
Туршлага 5. Дифракцийн тороор дамжин гэрлийн эх үүсвэр-дэнлүүг авч үзье.
Дифракцийн загвар хэрхэн өөрчлөгдсөн бэ?
Туршлага 6. Нилон даавуугаар гэрэлтдэг чийдэнгийн утсыг хар. Даавууг тэнхлэгийн эргэн тойронд эргүүлснээр зөв өнцгөөр хөндлөн огтлолцсон хоёр дифракцийн зурвас хэлбэрээр тод дифракцийн хэв маягийг олж авна.
Ажиглагдсан дифракцийн загалмайг зур. Энэ үзэгдлийг тайлбарла.
Дүгнэлт гарга: дифракци яагаад үүсдэг, дифракцийн загвар дахь максимумуудын өнгийг хэрхэн тайлбарлах, зургийн тод байдал, өнгөт юу нөлөөлдөг вэ.
Хяналтын асуултууд:
Интерференцийн үзэгдэл ба дифракцийн үзэгдлийн хооронд нийтлэг зүйл юу вэ?
Ямар долгион нь тогтвортой интерференцийн хэв маягийг өгч чадах вэ?
Ангид таазан дээр өлгөөтэй чийдэнгүүдийн сурагчийн ширээн дээр яагаад хөндлөнгийн оролцоо байхгүй байна вэ?

6. Сарыг тойрсон өнгөт дугуйг хэрхэн тайлбарлах вэ?

Хавсаргасан файлууд

Сэдвийн лабораторийн ажил : "Гэрлийн интерференц ба дифракцийн ажиглалт"

Ажлын зорилго: интерференц ба дифракцийн үзэгдлийг туршилтаар судлах.

Тоног төхөөрөмж: шулуун судалтай цахилгаан чийдэн, хоёр шилэн хавтан, шилэн хоолой, савангийн уусмалтай шил, 30 мм-ийн диаметртэй бариултай утас цагираг, CD, нейлон даавуу, гэрлийн шүүлтүүр.

Онол: Хөндлөнгийн интерференц нь аливаа шинж чанартай долгионы шинж чанартай үзэгдэл юм: механик, цахилгаан соронзон.

Долгион интерференц – Орон зайд хоёр (эсвэл хэд хэдэн) долгионы нэмэлт, тэдгээрийн өөр өөр цэгүүдэд үүссэн долгионы олшролт эсвэл сулралтыг олж авдаг. .

Дүрмээр бол өгөгдсөн цэгт янз бүрийн аргаар ирсэн ижил гэрлийн эх үүсвэрээс ялгарах долгионы суперпозиция үед хөндлөнгийн оролцоо ажиглагддаг. Хоёр бие даасан эх сурвалжаас хөндлөнгийн загварыг олж авах боломжгүй, учир нь молекулууд эсвэл атомууд бие биенээсээ үл хамааран тусдаа долгионы цуваагаар гэрэл ялгаруулдаг. Атомууд нь хэлбэлзлийн үе шатууд санамсаргүй байдаг гэрлийн долгионы (галт тэрэг) хэсгүүдийг ялгаруулдаг. Цуги нь 1 метр орчим урттай. Өөр өөр атомын долгионы галт тэрэгнүүд бие биендээ наалддаг. Үүссэн хэлбэлзлийн далайц цаг хугацааны явцад эмх замбараагүй өөрчлөгддөг тул нүд нь зураг дээрх өөрчлөлтийг мэдрэх цаг байдаггүй. Тиймээс хүн орон зайг жигд гэрэлтүүлж байгааг хардаг. Тогтвортой интерференцийн хэв маягийг бий болгохын тулд уялдаа холбоотой (тохируулсан) долгионы эх үүсвэр хэрэгтэй.

уялдаатай ижил давтамжтай, тогтмол фазын зөрүүтэй долгион гэж нэрлэдэг.

С цэгт үүссэн шилжилтийн далайц нь d2 - d1 зайд долгионы замын ялгаанаас хамаарна.

Хамгийн их нөхцөл

, (Δd=d 2 -д 1 )

Хаана k=0; ± 1; ±2; ± 3 ;…

(долгионы замын ялгаа нь тэгш тооны хагас долгионтой тэнцүү)

А ба В эх үүсвэрийн долгионууд ижил үе шаттайгаар С цэгт хүрч, "бие биенээ өсгөнө".

φ A = φ B - хэлбэлзлийн үе шатууд

Δφ=0 - фазын зөрүү

A=2X хамгийн их

Хамгийн бага нөхцөл

, (Δd=d 2 -д 1 )

Хаана k=0; ± 1; ±2; ± 3;…

(долгионы замын ялгаа нь сондгой тооны хагас долгионтой тэнцүү)

А ба В эх үүсвэрийн долгионууд эсрэг фазын үед С цэгт хүрч "бие биенээ унтраах" болно.

φ A ≠φ B - хэлбэлзлийн үе шатууд

Δφ=π - фазын зөрүү

A=0 нь үүссэн долгионы далайц юм.

хөндлөнгийн загвар - гэрлийн өндөр ба бага эрчимтэй хэсгүүдийг тогтмол ээлжлэн солих.

Гэрлийн хөндлөнгийн оролцоо - хоёр ба түүнээс дээш гэрлийн долгион давхцсан үед гэрлийн цацрагийн энергийн орон зайн хуваарилалт.

Дифракцийн улмаас гэрэл шулуун шугаман тархалтаас хазайдаг (жишээлбэл, саадуудын ирмэгийн ойролцоо).

Дифракци – жижиг нүхээр дамжин өнгөрөх, жижиг саадыг долгионоор дугуйлах үед долгионы шулуун тархалтаас хазайх үзэгдэл .

Дифракцийн илрэлийн нөхцөл : г< λ , Хаана г - саадын хэмжээ,λ - долгионы урт. Саад тотгоруудын (нүх) хэмжээсүүд нь долгионы уртаас бага буюу тэнцүү байх ёстой.

Энэ үзэгдэл (дифракц) байгаа нь геометрийн оптикийн хуулиудын хамрах хүрээг хязгаарлаж, оптик хэрэгслийн нарийвчлалыг хязгаарлах шалтгаан болдог.

Дифракцийн тор - гэрэл сарнидаг олон тооны тогтмол зохион байгуулалттай элементүүдийн үечилсэн бүтэц болох оптик төхөөрөмж. Өгөгдсөн дифракцийн торонд тогтмол, тодорхойлогдсон профиль бүхий цохилтууд тогтмол давтамжтайгаар давтагдана.г (торын үе). Дифракцийн тор нь түүн дээр туссан гэрлийн туяаг долгионы уртад задлах чадвар нь түүний гол шинж чанар юм. Гэрэл цацруулагч, тунгалаг дифракцийн тор байдаг.Орчин үеийн төхөөрөмжүүдэд голчлон цацруулагч дифракцийн торыг ашигладаг. .

Дифракцийн максимумыг ажиглах нөхцөл :

d sinφ=k λ,Хаана k=0; ± 1; ±2; ± 3; г - сараалжтай үе , φ - максимум ажиглагдах өнцөг, ба λ - долгионы урт.

Хамгийн дээд нөхцлөөс энэ нь дараах байдалтай байнаsinφ=(k λ)/d .

Тэгвэл k=1 гэж үзье sinφ kr =λ kr /гТэгээд sinφ е =λ е /г.

Энэ нь мэдэгдэж байна λ kr >λ е , тиймээс sinφ kr >sinφ е . Учир нь y=sinφ е - дараа нь функц нэмэгдэж байнаφ kr >φ е

Тиймээс дифракцийн спектр дэх нил ягаан өнгө нь төвд ойрхон байрладаг.

Гэрлийн интерференц ба дифракцийн үзэгдлүүдэд энерги хадгалагдах хууль ажиглагддаг. . Хөндлөнгийн бүсэд гэрлийн энерги нь бусад төрлийн энерги болгон хувиргахгүйгээр зөвхөн дахин хуваарилагддаг. Нийт гэрлийн энергитэй харьцуулахад хөндлөнгийн хэв маягийн зарим цэгүүдийн энергийн өсөлт нь бусад цэгүүд дэх бууралтаар нөхөгддөг (нийт гэрлийн энерги нь бие даасан эх үүсвэрээс хоёр гэрлийн цацрагийн гэрлийн энерги юм). Хөнгөн судлууд нь энергийн максимумд, бараан судлууд нь энергийн минимумд тохирно.

Явц:

Туршлага 1. Утасны цагиргийг савангийн уусмалд дүрнэ. Утасны цагираг дээр савангийн хальс үүсдэг.

Үүнийг босоо байдлаар байрлуул. Бид хальсны зузаан өөрчлөгдөхөд өргөн нь өөрчлөгддөг цайвар, бараан хэвтээ судлуудыг ажигладаг.

Тайлбар. Гэрэл ба харанхуй туузны харагдах байдал нь хальсны гадаргуугаас туссан гэрлийн долгионы хөндлөнгийн оролцоотойгоор тайлбарлагддаг. гурвалжин d = 2 цаг.Гэрлийн долгионы замын ялгаа нь хальсны зузаанаас хоёр дахин их байна. Босоо байрлуулсан үед кино нь шаантаг хэлбэртэй байдаг. Түүний дээд хэсгийн гэрлийн долгионы замын ялгаа нь доод хэсгийнхээс бага байх болно. Замын зөрүү нь тэгш тооны хагас долгионтой тэнцэх киноны газруудад тод судлууд ажиглагддаг. Мөн сондгой тооны хагас долгионтой - харанхуй судлууд. Туузны хэвтээ байрлалыг ижил зузаантай киноны шугамын хэвтээ байрлалаар тайлбарладаг.

Бид савангийн хальсыг цагаан гэрлээр (дэнлүүгээс) гэрэлтүүлдэг. Бид спектрийн өнгөт гэрлийн туузны өнгийг ажиглаж байна: дээд талд - цэнхэр, доод талд - улаан.

Тайлбар. Энэ өнгө нь гэрлийн зурвасын байрлал нь тохиолдсон өнгөний долгионы уртаас хамаардагтай холбоотой юм.

Мөн хэлбэрээ хадгалж, өргөжиж буй туузууд доошоо хөдөлж байгааг бид ажиглаж байна.

Хэрэв та гэрлийн шүүлтүүр ашиглаж, монохромат гэрлээр гэрэлтүүлбэл интерференцийн загвар өөрчлөгдөнө (харанхуй ба гэрлийн зурвасын ээлж өөрчлөгдөнө)

Тайлбар. Энэ нь таталцлын нөлөөгөөр савангийн уусмал доошоо урсдаг тул хальсны зузаан буурсантай холбоотой юм.

Туршлага 2. Савангийн хөөсийг шилэн хоолойгоор үлээж сайтар шалгана. Цагаан гэрлээр гэрэлтүүлэх үед спектрийн өнгөөр ​​будагдсан өнгөт интерференцийн цагираг үүсэхийг ажигла. Гэрлийн цагираг бүрийн дээд ирмэг нь цэнхэр, доод хэсэг нь улаан байна. Киноны зузаан багасах тусам цагиргууд, мөн өргөжиж, аажмаар доошоо хөдөлдөг. Тэдний цагираг хэлбэрийг ижил зузаантай шугамын дугуй хэлбэртэйгээр тайлбарладаг.

Асуултуудад хариулна уу:

Савангийн хөөс яагаад цахилдаг вэ?

Солонгийн өнгийн судлууд ямар хэлбэртэй вэ?

Хөөсний өнгө яагаад байнга өөрчлөгддөг вэ?

Туршлага 3. Хоёр шилэн хавтанг сайтар арчиж, хооронд нь холбож, хуруугаараа шахаж ав. Холбоо барих гадаргуугийн хэлбэр нь тохиромжгүй тул ялтсуудын хооронд хамгийн нимгэн агаарын хоосон зай үүсдэг.

Тайлбар: Хавтануудын гадаргуу нь төгс тэгш байх боломжгүй тул хэдхэн газарт хүрдэг. Эдгээр газруудын эргэн тойронд янз бүрийн хэлбэрийн хамгийн нимгэн агаарын шаантаг үүсдэг бөгөөд энэ нь хөндлөнгийн дүр төрхийг өгдөг. Дамжуулсан гэрэлд хамгийн их нөхцөл 2h=kl

Асуултуудад хариулна уу:

Яагаад ялтсуудын контактын цэгүүдэд тод цахилдаг цагираг хэлбэртэй эсвэл жигд бус хэлбэртэй судлууд ажиглагдаж байна вэ?

Интерференцийн ирмэгийн хэлбэр, байршил яагаад даралтаар өөрчлөгддөг вэ?

Туршлага 4. CD-ийн гадаргууг янз бүрийн өнцгөөс сайтар нягталж үзээрэй (бичиж байгаа).

Тайлбар : Дифракцийн спектрийн тод байдал нь дискэн дээр тогтсон ховилын давтамж болон цацрагийн тусгалын өнцгөөс хамаарна. Дэнлүүний утаснаас ирж буй бараг зэрэгцээ туяа нь А ба В цэгийн ховилын хоорондох зэргэлдээх товойлоос тусдаг. Тусгалын өнцөгтэй тэнцүү өнцгөөр туссан цацрагууд нь чийдэнгийн судлын дүрсийг цагаан шугам хэлбэрээр бүрдүүлдэг. Бусад өнцгөөр туссан туяа нь тодорхой замын зөрүүтэй бөгөөд үүний үр дүнд долгион нэмэгддэг.

Та юу ажиглаж байна вэ? Ажиглагдсан үзэгдлүүдийг тайлбарла. Интерференцийн хэв маягийг тайлбарла.

CD-ийн гадаргуу нь харагдах гэрлийн долгионы урттай тохирч байх давтамжтай спираль зам юм. Нарийн бүтэцтэй гадаргуу дээр дифракц, интерференцийн үзэгдлүүд гарч ирдэг. CD-ийн онцлох хэсгүүд нь цахилдаг.

Туршлага 5. Нилон даавуугаар шатаж буй чийдэнгийн утас руу хар. Даавууг тэнхлэгийн эргэн тойронд эргүүлснээр зөв өнцгөөр хөндлөн огтлолцсон хоёр дифракцийн зурвас хэлбэрээр тод дифракцийн хэв маягийг олж авна.

Тайлбар : Загалмайн төвд цагаан дифракцийн оргил харагдаж байна. k=0 үед долгионы замын зөрүү 0-тэй тэнцүү тул төвийн максимум нь цагаан өнгөтэй байна. Даавууны утаснууд нь харилцан перпендикуляр нүхнүүдтэй хамт нугалсан хоёр дифракцийн сараалжтай байдаг тул загалмайг олж авдаг. Спектрийн өнгөний харагдах байдлыг цагаан гэрэл нь янз бүрийн урттай долгионоос бүрддэгтэй холбон тайлбарладаг. Янз бүрийн долгионы урттай гэрлийн дифракцийн дээд хэмжээг өөр өөр байршилд олж авдаг.

Ажиглагдсан дифракцийн загалмайг зур. Ажиглагдсан үзэгдлүүдийг тайлбарла.

Туршлага 6.

Жижиг нүхэнд дифракц

Ийм дифракцийг ажиглахын тулд бидэнд зузаан цаас, зүү хэрэгтэй. Зүү ашиглан хуудсан дээр жижиг нүх гарга. Дараа нь бид нүхийг нүдэнд ойртуулж, тод гэрлийн эх үүсвэрийг ажиглана. Энэ тохиолдолд гэрлийн дифракц нь харагдана

Гаралтыг тэмдэглэ. Таны туршилтуудын аль нь интерференцийн үзэгдэл ажиглагдсан, аль дифракцийг заана уу. . Өөрт тохиолдсон интерференц ба дифракцийн жишээг өг.

Хяналтын асуултууд ( оюутан бүр асуултын хариултыг бэлддэг ):

Гэрэл гэж юу вэ?

Гэрэл нь цахилгаан соронзон долгион гэдгийг хэн баталсан бэ?

Вакуум дахь гэрлийн хурд хэд вэ?

Гэрлийн интерференцийг хэн нээсэн бэ?

Нимгэн интерференцийн хальсны цахилдаг өнгийг юу тайлбарладаг вэ?

Хоёр улайсдаг чийдэнгийн гэрлийн долгион саад болж чадах уу? Яагаад?

Газрын тосны зузаан давхарга яагаад цахилдаггүй вэ?

Гол дифракцийн максимумуудын байрлал нь сараалжны ангархайн тооноос хамаардаг уу?

Савангийн хальсны харагдах цахилдаг өнгө яагаад байнга өөрчлөгддөг вэ?

Хичээлийн зорилго:

• "Гэрлийн хөндлөнгийн оролцоо ба дифракци" сэдвээр мэдлэгээ нэгтгэх;
• оюутнуудын туршилтын ур чадвар, чадварыг үргэлжлүүлэн хөгжүүлэх;
• байгалийн үзэгдлийг тайлбарлахад онолын мэдлэгийг ашиглах;
• физикийн сонирхлыг бий болгох, шинжлэх ухааны мэдлэгийн үйл явцыг дэмжих;
• оюутнуудын алсын харааг өргөжүүлэх, туршилтын үр дүнгээс дүгнэлт гаргах чадварыг хөгжүүлэхэд хувь нэмэр оруулах.

Тоног төхөөрөмж:

• шулуун судалтай чийдэн (анги бүрд нэг);
• бариултай утас цагираг (ажлын No1,2);
• нэг аяга савантай ус (1,2-р ажил);
• шилэн хавтан (40 х 60 мм), багц тутамд 2 ширхэг (ажил No3) (гэрийн тоног төхөөрөмж);
• диаметр хэмжигч (ажил No4);
• Nylon даавуу (100 x 100 мм, гэрийн хийсэн тоног төхөөрөмж, ажлын №5);
• граммофон бичлэг (1 мм тутамд 4 ба 8 цохилт, ажил No6);
• CD (ажил No6);
• шавьж, шувуудын гэрэл зураг (7-р ажил).

Хичээлийн явц

I. "Гэрлийн хөндлөнгийн оролцоо" сэдвээр мэдлэгээ бодит болгох (судлагдсан материалыг давтах).

Багш: Туршилтын ажлыг гүйцэтгэхийн өмнө бид үндсэн материалыг давтах болно.

Ямар үзэгдлийг интерференцийн үзэгдэл гэж нэрлэдэг вэ?

Ямар долгионууд интерференцээр тодорхойлогддог вэ?

Когерент долгионыг тодорхойлох.

Интерференцийн максимум ба минимумын нөхцлийг бич.

Интерференцийн үзэгдэлд энерги хадгалагдах хууль ажиглагдаж байна уу?

Оюутнууд (санал болгож буй хариултууд):

Интерференц гэдэг нь механик, цахилгаан соронзон гэх мэт аливаа долгионы шинж чанартай үзэгдэл юм. "Долгионы хөндлөнгийн оролцоо гэдэг нь орон зайд хоёр (эсвэл хэд хэдэн) долгион нэмэгдэх бөгөөд тэдгээрийн өөр өөр цэгүүдэд үүссэн долгионы олшрох эсвэл сулрах явдал юм."

– Тогтвортой интерференцийн хэв маягийг бий болгохын тулд уялдаа холбоотой (тохируулсан) долгионы эх үүсвэр шаардлагатай.

- Когерент долгион гэдэг нь ижил давтамжтай, тогтмол фазын зөрүүтэй долгион юм.

Самбар дээр сурагчид хамгийн их ба хамгийн бага нөхцлүүдийг бичдэг.

С цэг дэх нүүлгэн шилжүүлэлтийн далайц нь хол зайд байгаа долгионы замын ялгаанаас хамаарна. г 2 – г 1 .

зураг 1 - хамгийн их нөхцөл	зураг 2 - хамгийн бага нөхцөл
, () Энд k=0; ± 1; ±2; ± 3;… (долгионы замын ялгаа нь тэгш тооны хагас долгионтой тэнцүү) S 1 ба S 2 эх үүсвэрийн долгионууд ижил үе шатанд C цэгт хүрч, "бие биенээ өсгөнө". Хэлбэлзлийн үе шатууд Фазын ялгаа А=2Х max нь үүссэн долгионы далайц юм.	, () Энд k=0; ± 1; ±2; ± 3;… (долгионы замын ялгаа нь сондгой тооны хагас долгионтой тэнцүү) S 1 ба S 2 эх үүсвэрийн долгион нь эсрэг фазын үед С цэгт хүрч, "бие биенээ унтраах" болно. Хэлбэлзлийн үе шатууд Фазын ялгаа A=0 нь үүссэн долгионы далайц юм.

Интерференцийн загвар нь гэрлийн эрч хүч нэмэгдэж, буурсан хэсгүүдийн тогтмол ээлжлэн солигдох явдал юм.

- Гэрлийн хөндлөнгийн оролцоо - хоёр ба түүнээс дээш гэрлийн долгион давхцах үед гэрлийн цацрагийн энергийн орон зайн дахин хуваарилалт.

Тиймээс гэрлийн интерференц ба дифракцийн үзэгдлүүдэд энерги хадгалагдах хууль ажиглагддаг. Хөндлөнгийн бүсэд гэрлийн энерги нь бусад төрлийн энерги болгон хувиргахгүйгээр зөвхөн дахин хуваарилагддаг. Нийт гэрлийн энергитэй харьцуулахад хөндлөнгийн хэв маягийн зарим цэгүүдийн энергийн өсөлт нь бусад цэгүүд дэх бууралтаар нөхөгддөг (нийт гэрлийн энерги нь бие даасан эх үүсвэрээс хоёр гэрлийн цацрагийн гэрлийн энерги юм).

Хөнгөн судлууд нь энергийн максимумд, бараан судлууд нь энергийн минимумд тохирно.

Багш: Хичээлийн практик хэсэг рүү орцгооё.

Туршилтын ажил №1

"Саван хальсан дээрх гэрлийн интерференцийн үзэгдлийн ажиглалт".

Тоног төхөөрөмж: савангийн уусмал бүхий шил, 30 мм-ийн диаметртэй бариултай утас цагираг. ( 3-р зургийг үзнэ үү)

Оюутнууд харанхуй ангид монохроматик гэрэлтүүлгийн дор хавтгай савангийн хальсан дээр хөндлөнгийн оролцоог ажиглаж байна.

Утасны цагираг дээр бид савангийн хальс авч, босоо байдлаар байрлуулна.

Бид хальсны зузаан өөрчлөгдөхөд өргөн нь өөрчлөгддөг цайвар, бараан хэвтээ судлууд ажиглагддаг ( 4-р зургийг үзнэ үү).

Тайлбар. Гэрэл ба харанхуй туузны харагдах байдал нь хальсны гадаргуугаас туссан гэрлийн долгионы хөндлөнгийн оролцоотойгоор тайлбарлагддаг. гурвалжин d = 2 цаг

Гэрлийн долгионы замын ялгаа нь хальсны зузаанаас хоёр дахин их байна.

Босоо байрлуулсан үед кино нь шаантаг хэлбэртэй байдаг. Түүний дээд хэсгийн гэрлийн долгионы замын ялгаа нь доод хэсгийнхээс бага байх болно. Замын зөрүү нь тэгш тооны хагас долгионтой тэнцэх киноны газруудад тод судлууд ажиглагддаг. Мөн сондгой тооны хагас долгионтой - цайвар судлууд. Туузны хэвтээ байрлалыг ижил зузаантай киноны шугамын хэвтээ байрлалаар тайлбарладаг.

4. Савангийн хальсыг цагаан гэрлээр (дэнлүүгээс) гэрэлтүүлнэ.

5. Бид спектрийн өнгөт гэрлийн туузны өнгийг ажиглаж байна: дээд талд - цэнхэр, доод талд - улаан.

Тайлбар. Энэ өнгө нь гэрлийн зурвасын байрлал нь тохиолдсон өнгөний долгионы уртаас хамаардагтай холбоотой юм.

6. Мөн туузууд нь өргөжиж, хэлбэрээ хадгалж, доошоо хөдөлж байгааг бид ажиглаж байна.

Тайлбар. Энэ нь таталцлын нөлөөгөөр савангийн уусмал доошоо урсдаг тул хальсны зузаан буурсантай холбоотой юм.

Туршилтын ажил No2

"Савангийн хөөс дээрх гэрлийн хөндлөнгийн ажиглалт".

1. Оюутнууд хөөс үлээж байна (5-р зургийг үз).

2. Бид түүний дээд ба доод хэсэгт спектрийн өнгөөр ​​будсан интерференцийн цагираг үүсэхийг ажиглаж байна. Гэрлийн цагираг бүрийн дээд ирмэг нь цэнхэр, доод хэсэг нь улаан байна. Киноны зузаан багасах тусам цагиргууд, мөн өргөжиж, аажмаар доошоо хөдөлдөг. Тэдний цагираг хэлбэрийг ижил зузаантай шугамын дугуй хэлбэртэйгээр тайлбарладаг.

Туршилтын ажил №3.

"Агаарын хальсан дээрх гэрлийн хөндлөнгийн ажиглалт"

Сурагчид цэвэр шилэн ялтсуудыг хооронд нь холбож, хуруугаараа шахдаг (Зураг 6-г үз).

Хавтанг харанхуй дэвсгэрийн эсрэг ойсон гэрлээр хардаг.

Бид зарим газарт тод цахилдаг цагираг хэлбэртэй эсвэл хаалттай жигд бус хэлбэртэй судалуудыг ажигладаг.

Даралтыг өөрчилж, туузны байршил, хэлбэрийн өөрчлөлтийг ажигла.

Багш: Энэ ажлын ажиглалт нь хувь хүн юм. Таны ажигласан хөндлөнгийн загварыг зур.

Тайлбар: Хавтануудын гадаргуу нь төгс тэгш байх боломжгүй тул хэдхэн газарт хүрдэг. Эдгээр газруудын эргэн тойронд янз бүрийн хэлбэрийн хамгийн нимгэн агаарын шаантаг үүсдэг бөгөөд энэ нь хөндлөнгийн дүр төрхийг өгдөг. (зураг №7).

Дамжуулсан гэрэлд хамгийн их нөхцөл 2h=kl

Багш: Барилга, инженерийн технологи дахь хөндлөнгийн оролцоо ба туйлшралын үзэгдлийг барилга байгууламж, машин механизмын бие даасан зангилаанд үүсэх стрессийг судлахад ашигладаг. Судалгааны аргыг фотоэластик гэж нэрлэдэг. Жишээлбэл, эд ангиудын загвар хэв гажилтын үед органик шилний нэгэн төрлийн байдал алдагддаг.Интерференцийн хэв шинж чанар нь тухайн хэсгийн дотоод хүчдэлийг тусгадаг.(зураг №8) .

II. "Гэрлийн дифракц" сэдвийн талаархи мэдлэгийг бодит болгох (судалсан материалыг давтах).

Багш: Ажлын хоёр дахь хэсгийг хийхээсээ өмнө бид үндсэн материалыг давтах болно.

Ямар үзэгдлийг дифракцийн үзэгдэл гэж нэрлэдэг вэ?

Дифракцийн илрэлийн нөхцөл.

Дифракцийн тор, түүний төрөл, үндсэн шинж чанарууд.

Дифракцийн максимумыг ажиглах нөхцөл.

Нил ягаан өнгө яагаад интерференцийн хэв маягийн төвд ойр байдаг вэ?

Оюутнууд (санал болгож буй хариултууд):

Дифракци гэдэг нь жижиг нүхээр дамжин өнгөрөх, жижиг саадыг долгионоор дугуйлах үед долгионы шулуун тархалтаас хазайх үзэгдэл юм.

Дифракцийн илрэлийн нөхцөл: г < , Хаана гсаадын хэмжээ, долгионы урт. Саад тотгоруудын (нүх) хэмжээсүүд нь долгионы уртаас бага буюу тэнцүү байх ёстой. Энэ үзэгдэл (дифракц) байгаа нь геометрийн оптикийн хуулиудын хамрах хүрээг хязгаарлаж, оптик хэрэгслийн нарийвчлалыг хязгаарлах шалтгаан болдог.

Дифракцийн сараалж нь гэрэл сарнидаг олон тооны тогтмол зайтай элементүүдийн үечилсэн бүтэц бүхий оптик төхөөрөмж юм. Өгөгдсөн дифракцийн торонд тогтмол, тодорхойлогдсон профиль бүхий цохилтууд тогтмол давтамжтайгаар давтагдана. г(торын үе). Дифракцийн тор нь түүн дээр туссан гэрлийн туяаг долгионы уртад задлах чадвар нь түүний гол шинж чанар юм. Гэрэл цацруулагч, тунгалаг дифракцийн тор байдаг. Орчин үеийн төхөөрөмжүүдэд голчлон цацруулагч дифракцийн торыг ашигладаг..

Дифракцийн максимумыг ажиглах нөхцөл:

Туршилтын ажил №4.

"Гэрлийн дифракцийг нарийн ан цаваар ажиглах"

Тоног төхөөрөмж: (см зургийн дугаар 9)

1. Бид эрүүний хооронд 0.5 мм өргөн цоорхой үүсэх хүртэл диаметр хэмжигчний гулсагчийг шилжүүлдэг.
2. Бид хөвөнгийн налуу хэсгийг нүдэнд ойртуулна (бүрхүүлийг босоо байдлаар байрлуулна).
3. Энэ цоорхойгоор бид шатаж буй чийдэнгийн босоо байрлалтай утсыг хардаг.
4. Утасны хоёр талд үүнтэй зэрэгцэн орших цахилдаг судлууд ажиглагдаж байна.
5. Бид үүрний өргөнийг 0.05 - 0.8 мм-ийн хүрээнд өөрчилдөг. Нарийхан ангархай руу шилжих үед туузууд нь салж, илүү өргөн болж, тодорхой спектр үүсгэдэг. Хамгийн өргөн ангархайгаар харахад захууд нь маш нарийн бөгөөд хоорондоо ойрхон байдаг.
6. Сурагчид дэвтэр дээрээ юу харсанаа зурдаг.

Туршилтын ажил №5.

"Капрон даавуун дээрх гэрлийн дифракцийн ажиглалт".

Тоног төхөөрөмж: шулуун судалтай чийдэн, 100х100 мм хэмжээтэй нейлон даавуу (Зураг 10)

1. Бид нейлон даавуугаар шатаж буй чийдэнгийн утсыг хардаг.
2. Бид "дифракцийн загалмай" (зөв өнцгөөр хөндлөн огтлолцсон хоёр дифракцийн зурвас хэлбэртэй загвар) ажиглаж байна.
3. Оюутнууд дэвтэр дээрээ харсан зургаа зурдаг (дифракцийн хөндлөн).

Тайлбар: Царцдасын төв хэсэгт цагаан дифракцийн оргил харагдаж байна. k=0 үед долгионы замын зөрүү 0-тэй тэнцүү тул төвийн максимум нь цагаан өнгөтэй байна.

Даавууны утаснууд нь харилцан перпендикуляр нүхнүүдтэй хамт нугалсан хоёр дифракцийн сараалжтай байдаг тул загалмайг олж авдаг. Спектрийн өнгөний харагдах байдлыг цагаан гэрэл нь янз бүрийн урттай долгионоос бүрддэгтэй холбон тайлбарладаг. Янз бүрийн долгионы урттай гэрлийн дифракцийн дээд хэмжээг өөр өөр байршилд олж авдаг.

Туршилтын ажил №6.

"График пянз ба лазер диск дээрх гэрлийн дифракцийг ажиглах".

Тоног төхөөрөмж: шулуун судалтай чийдэн, граммофон бичлэг (11-р зургийг үз)

Графофон бичлэг нь сайн дифракцийн тор юм.

1. Бид бичлэгийг ховилууд нь чийдэнгийн утастай параллель байхаар байрлуулж, ойсон гэрлийн дифракцийг ажиглана.
2. Бид хэд хэдэн эрэмбийн тод дифракцийн спектрийг ажиглаж байна.

Тайлбар: Дифракцийн спектрийн тод байдал нь бичлэгт тавьсан ховилын давтамж болон цацрагийн тусгалын өнцгөөс хамаарна. (12-р зургийг үз)

Дэнлүүний утаснаас ирж буй бараг зэрэгцээ туяа нь А ба В цэгийн ховилын хоорондох зэргэлдээх товойлоос тусдаг. Тусгалын өнцөгтэй тэнцүү өнцгөөр туссан цацрагууд нь чийдэнгийн судлын дүрсийг цагаан шугам хэлбэрээр бүрдүүлдэг. Бусад өнцгөөр туссан туяа нь тодорхой замын зөрүүтэй бөгөөд үүний үр дүнд долгион нэмэгддэг.

Үүнтэй адилаар лазер дискэн дээрх дифракцийг ажиглая. (13-р зургийг үз)

CD-ийн гадаргуу нь харагдах гэрлийн долгионы урттай дүйцэхүйц алхамтай спираль зам юм Нарийн ширхэгтэй гадаргуу дээр дифракц, интерференцийн үзэгдэл гарч ирдэг. CD-ийн онцлох хэсгүүд нь цахилдаг.

Туршилтын ажил No7.

"Зурагнаас шавьжны дифракцийн өнгийг ажиглах".

Тоног төхөөрөмж: (Зураг No14, 15, 16-г үзнэ үү.)

Багш: Шувуу, эрвээхэй, цох хорхойн дифракцийн өнгө нь байгальд маш түгээмэл байдаг. Тогос, гургаар, хар өрөвтас, ганган шувуу, эрвээхэй зэрэгт ялгарах өнгөний олон янзын сүүдэр байдаг. Амьтдын дифракцийн өнгийг биологичид төдийгүй физикчид судалжээ.

Оюутнууд гэрэл зургийг харж байна.

Тайлбар: Олон шувуудын өдний гадна гадаргуу болон эрвээхэй, цох хорхойн дээд бие нь нэгээс хэдэн микрон хүртэлх хугацаанд бүтцийн элементүүд тогтмол давтагдаж, дифракцийн тор үүсгэдэг онцлогтой. Тухайлбал тогосны сүүлний төв нүдний бүтцийг 14-р зурагт харж болно.Гэрэл хэрхэн тусах, ямар өнцгөөс харах зэргээс шалтгаалан нүдний өнгө өөрчлөгддөг.

Хяналтын асуултууд (оюутан бүр даалгавар бүхий картыг хүлээн авдаг - асуултанд бичгээр хариулах ):

1. Гэрэл гэж юу вэ?
2. Гэрэл нь цахилгаан соронзон долгион гэдгийг хэн баталсан бэ?
3. Вакуум дахь гэрлийн хурд хэд вэ?
4. Гэрлийн интерференцийг хэн нээсэн бэ?
5. Нимгэн интерференцийн хальсны цахилдаг өнгийг юу тайлбарладаг вэ?
6. Хоёр улайсдаг чийдэнгийн гэрлийн долгион саад болж чадах уу? Яагаад?
7. Газрын тосны зузаан давхарга яагаад цахилдаггүй вэ?
8. Гол дифракцийн максимумуудын байрлал нь сараалжны ангархайн тооноос хамаардаг уу?
9. Савангийн хальсны харагдах цахилдаг өнгө яагаад байнга өөрчлөгддөг вэ?

Гэрийн даалгавар (сурагчдын хувийн шинж чанарыг харгалзан бүлэгт).

– “Вавиловын парадокс” сэдвээр илтгэл бэлтгэ.

– “Интерференц”, “дифракц” гэсэн түлхүүр үгээр кроссворд зохио.

Уран зохиол:

1. Арабаджи В.И. Шавжны дифракцийн өнгө / “Квант” №2, 1975
2. Волков В.А. Физикийн бүх нийтийн хичээлийн хөгжүүлэлт. 11-р анги. - М.: VAKO, 2006 он.
3. Козлов С.А. CD-ийн зарим оптик шинж чанаруудын талаар. / “Сургууль дахь физик” 2006 оны №1
4. CD / "Сургуулийн физик" №1, 2006
5. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б. Физик: Proc. 11 эсийн хувьд. дундаж сургууль - М .: Боловсрол, 2000 он
6. Үйлдвэрлэгч В.А. Вавиловын парадокс / "Квант" No2, 1971
7. Физик: Proc. 11 эсийн хувьд. дундаж сургууль / Н.М.Шахмаев, С.Н.Шахмаев, Д.Ш.Шодиев. - М .: Боловсрол, 1991 он.
8. Физик нэвтэрхий толь бичиг / "Зөвлөлтийн нэвтэрхий толь", 1983 он.
9. Боловсролын байгууллагуудын 7-11-р ангийн физикийн урд талын лабораторийн хичээлүүд: Ном. багшийн хувьд / В.А.Буров, Ю.И.Дик, Б.С.Зворыкин болон бусад; Эд. В.А.Бурова, Г.Г.Никифорова. - М .: Боловсрол: Прок. гэрэлтдэг., 1996

Лаборатори №13

Сэдэв: "Гэрлийн интерференц ба дифракцийн ажиглалт"

Ажлын зорилго:интерференц ба дифракцийн үзэгдлийг туршилтаар судлах.

Тоног төхөөрөмж:шулуун утастай цахилгаан чийдэн (нэг ангид нэг), хоёр шилэн хавтан, шилэн хоолой, савангийн уусмал бүхий шил, 30 мм-ийн диаметртэй бариултай утас цагираг, CD, диаметр хэмжигч, нейлон даавуу.

Онол:

Хөндлөнгийн интерференц нь аливаа шинж чанартай долгионы шинж чанартай үзэгдэл юм: механик, цахилгаан соронзон.

Долгион интерференц – Орон зайд хоёр (эсвэл хэд хэдэн) долгионы нэмэлт, тэдгээрийн өөр өөр цэгүүдэд үүссэн долгионы олшролт эсвэл сулралтыг олж авдаг..

Дүрмээр бол өгөгдсөн цэгт янз бүрийн аргаар ирсэн ижил гэрлийн эх үүсвэрээс ялгарах долгионы суперпозиция үед хөндлөнгийн оролцоо ажиглагддаг. Хоёр бие даасан эх сурвалжаас хөндлөнгийн загварыг олж авах боломжгүй, учир нь молекулууд эсвэл атомууд бие биенээсээ үл хамааран тусдаа долгионы цуваагаар гэрэл ялгаруулдаг. Атомууд нь хэлбэлзлийн үе шатууд санамсаргүй байдаг гэрлийн долгионы (галт тэрэг) хэсгүүдийг ялгаруулдаг. Цуги нь 1 метр орчим урттай. Өөр өөр атомын долгионы галт тэрэгнүүд бие биендээ наалддаг. Үүссэн хэлбэлзлийн далайц цаг хугацааны явцад эмх замбараагүй өөрчлөгддөг тул нүд нь зураг дээрх өөрчлөлтийг мэдрэх цаг байдаггүй. Тиймээс хүн орон зайг жигд гэрэлтүүлж байгааг хардаг. Тогтвортой интерференцийн хэв маягийг бий болгохын тулд уялдаа холбоотой (тохируулсан) долгионы эх үүсвэр хэрэгтэй.

уялдаатай ижил давтамжтай, тогтмол фазын зөрүүтэй долгион гэж нэрлэдэг.

С цэгт үүссэн шилжилтийн далайц нь d2 - d1 зайд долгионы замын ялгаанаас хамаарна.

Хамгийн их нөхцөл

, (Δd=d 2 -d 1 )

Хаана k=0; ± 1; ±2; ± 3 ;…

(долгионы замын ялгаа нь тэгш тооны хагас долгионтой тэнцүү)

А ба В эх үүсвэрийн долгионууд ижил үе шаттайгаар С цэгт хүрч, "бие биенээ өсгөнө".

φ A \u003d φ B - хэлбэлзлийн үе шатууд

Δφ=0 - фазын зөрүү

A=2X хамгийн их

Хамгийн бага нөхцөл

, (Δd=d 2 -d 1)

Хаана k=0; ± 1; ±2; ± 3;…

(долгионы замын ялгаа нь сондгой тооны хагас долгионтой тэнцүү)

А ба В эх үүсвэрийн долгионууд эсрэг фазын үед С цэгт хүрч "бие биенээ унтраах" болно.

φ A ≠φ B - хэлбэлзлийн үе шатууд

Δφ=π - фазын зөрүү

A=0 нь үүссэн долгионы далайц юм.

хөндлөнгийн загвар- гэрлийн өндөр ба бага эрчимтэй хэсгүүдийг тогтмол ээлжлэн солих.

Гэрлийн хөндлөнгийн оролцоо- хоёр ба түүнээс дээш гэрлийн долгион давхцсан үед гэрлийн цацрагийн энергийн орон зайн хуваарилалт.

Дифракцийн улмаас гэрэл шулуун шугаман тархалтаас хазайдаг (жишээлбэл, саадуудын ирмэгийн ойролцоо).

Дифракци – жижиг нүхээр дамжин өнгөрөх, жижиг саадыг долгионоор дугуйлах үед долгионы шулуун тархалтаас хазайх үзэгдэл.

Дифракцийн илрэлийн нөхцөл: г< λ , Хаана г- саадын хэмжээ, λ - долгионы урт. Саад тотгоруудын (нүх) хэмжээсүүд нь долгионы уртаас бага буюу тэнцүү байх ёстой.

Энэ үзэгдэл (дифракц) байгаа нь геометрийн оптикийн хуулиудын хамрах хүрээг хязгаарлаж, оптик хэрэгслийн нарийвчлалыг хязгаарлах шалтгаан болдог.

Дифракцийн тор- гэрэл сарнидаг олон тооны тогтмол зохион байгуулалттай элементүүдийн үечилсэн бүтэц болох оптик төхөөрөмж. Өгөгдсөн дифракцийн торонд тогтмол, тодорхойлогдсон профиль бүхий цохилтууд тогтмол давтамжтайгаар давтагдана. г(торын үе). Дифракцийн тор нь түүн дээр туссан гэрлийн туяаг долгионы уртад задлах чадвар нь түүний гол шинж чанар юм. Гэрэл цацруулагч, тунгалаг дифракцийн тор байдаг. Орчин үеийн төхөөрөмжүүдэд голчлон цацруулагч дифракцийн торыг ашигладаг..

Дифракцийн максимумыг ажиглах нөхцөл:

d sinφ=k λ, Хаана k=0; ± 1; ±2; ± 3; г- сараалжтай үе , φ - максимум ажиглагдах өнцөг, ба λ - долгионы урт.

Хамгийн дээд нөхцлөөс энэ нь дараах байдалтай байна sinφ=(k λ)/d.

Тэгвэл k=1 гэж үзье sinφ cr =λ cr /dТэгээд sinφ f =λ f /d.

Энэ нь мэдэгдэж байна λ cr >λ f,тиймээс sinφ cr>sinφ f. Учир нь у= sinφ f - дараа нь функц нэмэгдэж байна φ cr >φ f

Тиймээс дифракцийн спектр дэх нил ягаан өнгө нь төвд ойрхон байрладаг.

Гэрлийн интерференц ба дифракцийн үзэгдлүүдэд энерги хадгалагдах хууль ажиглагддаг.. Хөндлөнгийн бүсэд гэрлийн энерги нь бусад төрлийн энерги болгон хувиргахгүйгээр зөвхөн дахин хуваарилагддаг. Нийт гэрлийн энергитэй харьцуулахад хөндлөнгийн хэв маягийн зарим цэгүүдийн энергийн өсөлт нь бусад цэгүүд дэх бууралтаар нөхөгддөг (нийт гэрлийн энерги нь бие даасан эх үүсвэрээс хоёр гэрлийн цацрагийн гэрлийн энерги юм). Хөнгөн судлууд нь энергийн максимумд, бараан судлууд нь энергийн минимумд тохирно.

Явц:

Туршлага 1.Утасны цагиргийг савангийн уусмалд дүрнэ. Утасны цагираг дээр савангийн хальс үүсдэг.

Үүнийг босоо байдлаар байрлуул. Бид хальсны зузаан өөрчлөгдөхөд өргөн нь өөрчлөгддөг цайвар, бараан хэвтээ судлуудыг ажигладаг.

Тайлбар.Гэрэл ба харанхуй туузны харагдах байдал нь хальсны гадаргуугаас туссан гэрлийн долгионы хөндлөнгийн оролцоотойгоор тайлбарлагддаг. гурвалжин d = 2 цаг. Гэрлийн долгионы замын ялгаа нь хальсны зузаанаас хоёр дахин их байна.Босоо байрлуулсан үед кино нь шаантаг хэлбэртэй байдаг. Түүний дээд хэсгийн гэрлийн долгионы замын ялгаа нь доод хэсгийнхээс бага байх болно. Замын зөрүү нь тэгш тооны хагас долгионтой тэнцэх киноны газруудад тод судлууд ажиглагддаг. Мөн сондгой тооны хагас долгионтой - харанхуй судлууд. Туузны хэвтээ байрлалыг ижил зузаантай киноны шугамын хэвтээ байрлалаар тайлбарладаг.

Бид савангийн хальсыг цагаан гэрлээр (дэнлүүгээс) гэрэлтүүлдэг. Бид спектрийн өнгөт гэрлийн туузны өнгийг ажиглаж байна: дээд талд - цэнхэр, доод талд - улаан.

Тайлбар.Энэ өнгө нь гэрлийн зурвасын байрлал нь тохиолдсон өнгөний долгионы уртаас хамаардагтай холбоотой юм.

Мөн хэлбэрээ хадгалж, өргөжиж буй туузууд доошоо хөдөлж байгааг бид ажиглаж байна.

Тайлбар.Энэ нь таталцлын нөлөөгөөр савангийн уусмал доошоо урсдаг тул хальсны зузаан буурсантай холбоотой юм.

Туршлага 2. Савангийн хөөсийг шилэн хоолойгоор үлээж сайтар шалгана.Цагаан гэрлээр гэрэлтүүлэх үед спектрийн өнгөөр ​​будагдсан өнгөт интерференцийн цагираг үүсэхийг ажигла. Гэрлийн цагираг бүрийн дээд ирмэг нь цэнхэр, доод хэсэг нь улаан байна. Киноны зузаан багасах тусам цагиргууд, мөн өргөжиж, аажмаар доошоо хөдөлдөг. Тэдний цагираг хэлбэрийг ижил зузаантай шугамын дугуй хэлбэртэйгээр тайлбарладаг.

Асуултуудад хариулна уу:

1. Савангийн хөөс яагаад цахилдаг вэ?
2. Солонгийн өнгийн судлууд ямар хэлбэртэй вэ?
3. Хөөсний өнгө яагаад байнга өөрчлөгддөг вэ?

Туршлага 3.Хоёр шилэн хавтанг сайтар арчиж, хооронд нь холбож, хуруугаараа шахаж ав. Холбоо барих гадаргуугийн хэлбэр нь тохиромжгүй тул ялтсуудын хооронд хамгийн нимгэн агаарын хоосон зай үүсдэг.

Цоорхойг үүсгэдэг хавтангийн гадаргуугаас гэрэл тусах үед тод цахилдаг судал гарч ирдэг - цагираг хэлбэртэй эсвэл жигд бус хэлбэртэй. Хавтанг шахах хүч өөрчлөгдөхөд туузны зохион байгуулалт, хэлбэр өөрчлөгдөнө. Харсан зургуудаа зур.

Тайлбар:Хавтануудын гадаргуу нь төгс тэгш байх боломжгүй тул хэдхэн газарт хүрдэг. Эдгээр газруудын эргэн тойронд янз бүрийн хэлбэрийн хамгийн нимгэн агаарын шаантаг үүсдэг бөгөөд энэ нь хөндлөнгийн дүр төрхийг өгдөг. Дамжуулсан гэрэлд хамгийн их нөхцөл 2h=kl

Асуултуудад хариулна уу:

1. Яагаад ялтсуудын контактын цэгүүдэд тод цахилдаг цагираг хэлбэртэй эсвэл жигд бус хэлбэртэй судлууд ажиглагдаж байна вэ?
2. Интерференцийн ирмэгийн хэлбэр, байршил яагаад даралтаар өөрчлөгддөг вэ?

Туршлага 4.CD-ийн гадаргууг янз бүрийн өнцгөөс сайтар нягталж үзээрэй (бичиж байгаа).

Тайлбар: Дифракцийн спектрийн тод байдал нь дискэн дээр тогтсон ховилын давтамж болон цацрагийн тусгалын өнцгөөс хамаарна. Дэнлүүний утаснаас ирж буй бараг зэрэгцээ туяа нь А ба В цэгийн ховилын хоорондох зэргэлдээх товойлоос тусдаг. Тусгалын өнцөгтэй тэнцүү өнцгөөр туссан цацрагууд нь чийдэнгийн судлын дүрсийг цагаан шугам хэлбэрээр бүрдүүлдэг. Бусад өнцгөөр туссан туяа нь тодорхой замын зөрүүтэй бөгөөд үүний үр дүнд долгион нэмэгддэг.

Та юу ажиглаж байна вэ? Ажиглагдсан үзэгдлүүдийг тайлбарла. Интерференцийн хэв маягийг тайлбарла.

CD-ийн гадаргуу нь харагдах гэрлийн долгионы урттай тохирч байх давтамжтай спираль зам юм. Нарийн бүтэцтэй гадаргуу дээр дифракц, интерференцийн үзэгдлүүд гарч ирдэг. CD-ийн онцлох хэсгүүд нь цахилдаг.

Туршлага 5.Бид эрүүний хооронд 0.5 мм өргөн цоорхой үүсэх хүртэл диаметр хэмжигчний гулсагчийг шилжүүлдэг.

Бид хөвөнгийн налуу хэсгийг нүдэнд ойртуулна (цоорхойг босоо байдлаар байрлуулна). Энэ цоорхойгоор бид шатаж буй чийдэнгийн босоо байрлалтай утсыг хардаг. Утасны хоёр талд үүнтэй зэрэгцээ солонго судал байгааг бид ажиглаж байна. Бид үүрний өргөнийг 0.05 - 0.8 мм-ийн хүрээнд өөрчилдөг. Нарийхан ангархай руу шилжих үед туузууд нь салж, илүү өргөн болж, тодорхой спектр үүсгэдэг. Хамгийн өргөн ангархайгаар харахад захууд нь маш нарийн бөгөөд хоорондоо ойрхон байдаг. Дэвтэртээ харсан зургаа зур. Ажиглагдсан үзэгдлийг тайлбарла.

Туршлага 6.Нилон даавуугаар шатаж буй чийдэнгийн утас руу хар. Даавууг тэнхлэгийн эргэн тойронд эргүүлснээр зөв өнцгөөр хөндлөн огтлолцсон хоёр дифракцийн зурвас хэлбэрээр тод дифракцийн хэв маягийг олж авна.

Тайлбар: Царцдасын төв хэсэгт цагаан дифракцийн оргил харагдаж байна. k=0 үед долгионы замын зөрүү 0-тэй тэнцүү тул төвийн максимум нь цагаан өнгөтэй байна. Даавууны утаснууд нь харилцан перпендикуляр нүхнүүдтэй хамт нугалсан хоёр дифракцийн сараалжтай байдаг тул загалмайг олж авдаг. Спектрийн өнгөний харагдах байдлыг цагаан гэрэл нь янз бүрийн урттай долгионоос бүрддэгтэй холбон тайлбарладаг. Янз бүрийн долгионы урттай гэрлийн дифракцийн дээд хэмжээг өөр өөр байршилд олж авдаг.

Ажиглагдсан дифракцийн загалмайг зур. Ажиглагдсан үзэгдлүүдийг тайлбарла.

Гаралтыг тэмдэглэ. Таны туршилтуудын аль нь интерференцийн үзэгдэл ажиглагдсан, аль дифракцийг заана уу..

Хяналтын асуултууд:

1. Гэрэл гэж юу вэ?
2. Гэрэл нь цахилгаан соронзон долгион гэдгийг хэн баталсан бэ?
3. Гэрлийн интерференц гэж юу вэ? Хөндлөнгийн хамгийн дээд ба хамгийн бага нөхцөл нь юу вэ?
4. Хоёр улайсдаг чийдэнгийн гэрлийн долгион саад болж чадах уу? Яагаад?
5. Гэрлийн дифракц гэж юу вэ?
6. Гол дифракцийн максимумуудын байрлал нь сараалжны ангархайн тооноос хамаардаг уу?

Сэдэв: Гэрлийн интерференц ба дифракцийн үзэгдлийг ажиглах.

Ажлын зорилго: интерференц ба дифракцийн үзэгдлийг туршилтаар судлах.

Тоног төхөөрөмж:

• савангийн уусмал бүхий шил;
• бариултай утас цагираг;
• нейлон даавуу;
• CD;
• улайсдаг чийдэн;
• диаметр хэмжигч;
• хоёр шилэн хавтан;
• ир;
• хясаа;
• нейлон даавуу.

Онолын хэсэг

Хөндлөнгийн интерференц нь аливаа шинж чанартай долгионы шинж чанартай үзэгдэл юм: механик, цахилгаан соронзон. Долгионы интерференц гэдэг нь орон зайд хоёр (эсвэл хэд хэдэн) долгион нэмэгдэх бөгөөд тэдгээрийн өөр өөр цэгүүдэд үүссэн долгионы олшрох эсвэл сулрах явдал үүсдэг. Тогтвортой интерференцийн хэв маягийг бий болгохын тулд уялдаа холбоотой (тохируулсан) долгионы эх үүсвэр хэрэгтэй. Когерент долгион гэдэг нь ижил давтамжтай, тогтмол фазын зөрүүтэй долгион юм.

Хамгийн их нөхцөл Δd = ±kλ, хамгийн бага нөхцөл, Δd = ± (2к + 1)λ/2хаана к =0; ± 1; ±2; ± 3;...(долгионы замын ялгаа нь тэгш тооны хагас долгионтой тэнцүү байна

Интерференцийн загвар нь гэрлийн эрч хүч нэмэгдэж, буурсан хэсгүүдийн тогтмол ээлжлэн солигдох явдал юм. Гэрлийн интерференц гэдэг нь хоёр ба түүнээс дээш гэрлийн долгион давхцсан үед гэрлийн цацрагийн энергийн орон зайн дахин хуваарилалт юм. Тиймээс гэрлийн интерференц ба дифракцийн үзэгдлүүдэд энерги хадгалагдах хууль ажиглагддаг. Хөндлөнгийн бүсэд гэрлийн энерги нь бусад төрлийн энерги болгон хувиргахгүйгээр зөвхөн дахин хуваарилагддаг. Нийт гэрлийн энергитэй харьцуулахад хөндлөнгийн хэв маягийн зарим цэгүүдийн энергийн өсөлт нь бусад цэгүүд дэх бууралтаар нөхөгддөг (нийт гэрлийн энерги нь бие даасан эх үүсвэрээс хоёр гэрлийн цацрагийн гэрлийн энерги юм).
Хөнгөн судлууд нь энергийн максимумд, бараан судлууд нь энергийн минимумд тохирно.

Дифракци гэдэг нь жижиг нүхээр дамжин өнгөрөх, жижиг саадыг долгионоор дугуйлах үед долгионы шулуун тархалтаас хазайх үзэгдэл юм. Дифракцийн илрэлийн нөхцөл: г< λ, Хаана г- саадын хэмжээ, λ - долгионы урт. Саад тотгоруудын (нүх) хэмжээсүүд нь долгионы уртаас бага буюу тэнцүү байх ёстой. Энэ үзэгдэл (дифракц) байгаа нь геометрийн оптикийн хуулиудын хамрах хүрээг хязгаарлаж, оптик хэрэгслийн нарийвчлалыг хязгаарлах шалтгаан болдог. Дифракцийн сараалж нь гэрэл сарнидаг олон тооны тогтмол зохион байгуулалттай элементүүдийн үечилсэн бүтэц бүхий оптик төхөөрөмж юм. Өгөгдсөн дифракцийн торонд тогтмол, тодорхойлогдсон профиль бүхий цохилтууд тогтмол давтамжтайгаар давтагдана. г(торын үе). Дифракцийн тор нь түүн дээр туссан гэрлийн туяаг долгионы уртад задлах чадвар нь түүний гол шинж чанар юм. Гэрэл цацруулагч, тунгалаг дифракцийн тор байдаг. Орчин үеийн төхөөрөмжүүдэд голчлон цацруулагч дифракцийн торыг ашигладаг. Дифракцийн максимумыг ажиглах нөхцөл: d sin(φ) = ± kλ

Ажлын заавар

1. Утасны хүрээг савангийн уусмалд дүрнэ. Савангийн хальсан дээрх интерференцийн загварыг ажиглаж зур. Киноыг цагаан гэрлээр (цонх эсвэл чийдэнгээс) гэрэлтүүлэх үед цайвар судал нь өнгөтэй байна: дээд талд - цэнхэр, доод талд - улаан. Савангийн хөөсийг үлээхийн тулд шилэн хоолойг ашиглана. Түүнийг ажигла. Цагаан гэрлээр гэрэлтүүлэх үед өнгөт интерференцийн цагираг үүсэх нь ажиглагддаг. Киноны зузаан буурах тусам цагиргууд өргөжиж, доошоо хөдөлдөг.

Асуултуудад хариулна уу:

1. Савангийн хөөс яагаад цахилдаг вэ?
2. Солонгийн өнгийн судлууд ямар хэлбэртэй вэ?
3. Хөөсний өнгө яагаад байнга өөрчлөгддөг вэ?

2. Шилэн ялтсуудыг сайтар арчиж, хооронд нь холбож, хуруугаараа шахна. Холбоо барих гадаргуугийн хэлбэр нь тохиромжгүй тул ялтсуудын хооронд хамгийн нимгэн агаарын хоосон зай үүсдэг бөгөөд энэ нь тод цахилдаг дугуй хэлбэртэй эсвэл хаалттай жигд бус хэлбэртэй судлууд үүсгэдэг. Хавтанг шахах хүч өөрчлөгдөхөд туссан болон дамжуулсан гэрлийн аль алинд нь туузны байршил, хэлбэр өөрчлөгддөг. Харсан зургуудаа зур.

Асуултуудад хариулна уу:

1. Яагаад ялтсуудын хооронд холбоо барих тусдаа газруудад тод цахилдаг дугуй хэлбэртэй эсвэл жигд бус хэлбэртэй судлууд ажиглагдаж байна вэ?
2. Даралтын өөрчлөлтөөр олж авсан интерференцийн ирмэгийн хэлбэр, байршил яагаад өөрчлөгддөг вэ?

3. CD-г нүдний түвшинд хэвтээ байдлаар тавь. Та юу ажиглаж байна вэ? Ажиглагдсан үзэгдлүүдийг тайлбарла. Интерференцийн хэв маягийг тайлбарла.

4. Нейлон даавуугаар шатаж буй чийдэнгийн утас руу хар. Даавууг тэнхлэгийн эргэн тойронд эргүүлснээр зөв өнцгөөр хөндлөн огтлолцсон хоёр дифракцийн зурвас хэлбэрээр тод дифракцийн хэв маягийг олж авна. Ажиглагдсан дифракцийн загалмайг зур.

5. Шатаж буй чийдэнгийн судсыг диаметр хэмжигчний эрүүгээр үүссэн ангархайгаар (0.05 мм ба 0.8 мм ангархай өргөнтэй) шалгахдаа дифракцийн хоёр хэлбэрийг ажигла. Калибрийг босоо тэнхлэгийн эргэн тойронд жигд эргүүлэхэд (0.8 мм ангархай өргөнтэй) хөндлөнгийн хэв маягийн өөрчлөлтийг дүрсэл. Энэ туршилтыг хоёр ирээр давтаж, бие биенийхээ эсрэг дараарай. Интерференцийн хэв маягийн шинж чанарыг тайлбарлана уу

Судалгааны үр дүнг тэмдэглэ. Ямар туршилтанд интерференцийн үзэгдэл ажиглагдсаныг заана уу? дифракци?