№ 2 Зертханалық жұмыс. Дифракциялық тордың көмегімен жарықтың толқын ұзындығын анықтау. Физика, 11 сынып, дидактикалық материал.

Қосымша №1

Дифракциялық тордың көмегімен жарықтың толқын ұзындығын анықтау

Құрал-жабдықтар: 1) жарықтың толқын ұзындығын анықтайтын аспап; 2) дифракциялық тор; 3) жарық көзі.

Жұмыстың теориясы. Жарықтың дифракциясы дифракциялық тордың көмегімен жақсы бақыланады. Жарықтың дифракциясы деп жарықтың түзусызықтың бойымен таралудан ауытқуын немесе жарықтың тосқауылды орағытып өтуін айтады. Айқын да анық дифракциялық суретті алу және бақылау үшін дифракциялық торды пайдаланады. Дифракциялық тор дегеніміз – жарық дифракциясы байқалатын тосқауылдар мен саңылаулардың жиынтығы.

(1-сурет)

Дифракциялық торды реттелген дифракциялық тор және реттелмеген дифракциялық тор деп бөледі. Реттелген тор деп саңылаулары белгілі бір қатаң тәртіп бойынша орналасқан торларды айтады. (1-сурет). Геометриялық құрылысына қарай торларды жазық және кеңістіктік торлар деп те бөледі. Кеңістіктік реттелмеген торларға, мысалы, тұмандағы ауа тамшылары немесе мұз қиыршықтарының жиынтығы, көз кірпіктері жатады.

Жазық реттелген тор. Оны алмаз кескішпен жасалған параллель және бір-біріне өте жақын орналасқан саңылаулар мен тосқауылдар жиынтығынан дайындайды. Саңылаулардың ені а, ал тосқауыл-штрихтің ені  болсын, сонда  тордың тұрақтысы немесе периоды деп аталады. Дифракциялық тордың формуласы  (1) бойынша түрліше ұзындықтағы толқындар үшін максимумдар түрліше бұрыштармен бақыланады. бұрышы аз және тор мен экранның а қалыптағы саңылаудан толқынның максимумы бақыланатын  қашықтықтан көп үлкен болатындықтан,

Sinφ ≈ tgφ = (2) деп алуға болады.

• мен (2) формулаларынан  өрнекті аламыз.

Жұмыстың барысы

• Дифракциялық торды (1) аспаптың рамкасына (2) қойып, оны көтерілгіш үстелдің қысқышына бекітіңдер (2-сурет)

(2-сурет)

• Жылжымалы экранды (5) дифракциялық тордан 50 см қашықтыққа қойыңдар.
• Дифракциялық тор (1) арқылы қарап, аспапты нысана саңылауынан көрінетін етіп қойыңдар. Осы кезде жылжымалы экранның қараңғы реңінде бірнеше ретті дифракциялық спектрлерді көруге болады. Спектрлер көлбеу тұрса, торды олар вертикаль болатындай етіп, бұрып қойыңдар.
• Экрандағы шкала бойынша бірінші реттік спектрдің қызыл және күлгін шекарасын анықтаңдар, сонымен қатар спектрдің жасыл сызығының орнын да байқаңдар.
• Өлшеу нәтижелерін кестеге түсіріңдер.

• Жылжымалы экран мен тордың арақашықтығын өзгертіп, өлшеулерді қайталаңдар. Мұны экранның әр түрлі үш орналасу жағдайы үшін қайталаңдар.
• Есептеу формуласы бойынша қызыл, жасыл және күлгін сәулелер үшін толқын ұзындығын анықтаңдар.
• Қызыл, жасыл және күлгін сәулелер үшін толқын ұзындығының орташа мәнін табыңдар.
• Өлшеу қателігін бағалаңдар

Бақылау сұрақтары

• Дифракциялық тор дегеніміз не?
• Тордың периоды деген не? Ол қалай есептеледі?
• Спектрдің қай бөлігі экранның саңылауына жақын орналасқан: қызыл немесе күлгін?
• Тор мен экранның арақашықтығы дифракциялық спектрдің ретіне қалай әсер етеді?
• Тордың периоды дифракциялық спектрдің арақашықтығына қалай әсер етеді?
• Егер көшедегі шамға капрон, тюль арқылы қарайтын болсақ, неге олардың төңірегінде түрлі-түсті шеңберлер пайда болады?
• Жарықтың дифракциясы дегеніміз не?
• Жарықтың қандай қасиеттерімен сипатталады, құбылысты атап көрсетіңіз?
• Оптикалық қандай құралдың көмегімен спектрді алуға болады?
• Оптикалық қандай құралды және олардің қасиеттерін білесің?

Қосымша №2

Деңгейлік тапсырмалар

Бағалау критерий

-dsinφ=kλ формуласын қолданып, есептер шығара алады.

А-деңгей

1. Периоды 2·10^-4см дифракциялық торға нормаль бағытта монохромат толқын түседі. 30⁰ бұрышпен екінші ретті максимум байқалады. Түскен жарықтың толқын ұзындығын табыңыздар.

В-деңгей

2. Периоды 0,02 мм дифракциялық тор көмегімен алынған бірінші реттік спектрде (λ= 0,55 мкм) жасыл жарық сәулелерінің ауытқу бұрышын анықтаңыздар

С-деңгей

3. 1 мм ұзындығына 200 сызықтан келетін дифракциялық торға 500 нм ұзындықтағы жарық нормаль түседі. Тордан экранға дейінгі қашықтық 1 м. Орталықтан бірінші максимумға дейінгі арақашықтықты х табыңыздар.

Қосымша

№4

Периоды 0,02 мм дифракциялық тор көмегімен алынған бірінші дифракциялық максимум орталық максимумнан 3,6 см, ал тордан 1,8 м қашықтықта алынған. Жарық толқынының ұзындығын табыңыздар.

№5

Дифракциялық тор бетіне нормаль бойымен түскен жарықтың (λ=500 нм) бірінші дифракциялық максимумуы 30⁰ бұрышқа бұрылған сәулелер оғысқан нүктелерде байқалады. Тор бетінің әр 1 мм ұзындығына келетін штрихтар санын табу керек.

Шығару жолдары

Периоды 0,02 мм дифракциялық тор көмегімен алынған бірінші реттік спектрде (λ= 0,55 мкм) жасыл жарық сәулелерінің ауытқу бұрышын анықтаңыздар

Берілгені: Талдау

d= 0,02 мм = 0,02· 10^-3м dsinφ=kλ

λ= 0,55 мкм= 0,55·10^-6м arcsinφ =

k= 1

Т/к: φ

Шешуі: arcsinφ= φ≈1,5⁰

Жауабы: φ≈ 1,5⁰

Периоды 2·10^-4см дифракциялық торға нормаль бағытта монохромат толқын түседі. 30⁰ бұрышпен екінші ретті максимум байқалады. Түскен жарықтың толқын ұзындығын табыңыздар.

Берілгені: Талдау

d= 2· 10^-4см =2·10^-6м dsinφ=kλ

φ= 30⁰ λ=

k= 2

Т/к: λ

Шешуі: λ=

Жауабы: λ= 500нм

1 мм ұзындығына 200 сызықтан келетін дифракциялық торға 500 нм ұзындықтағы жарық нормаль түседі. Тордан экранға дейінгі қашықтық 1 м. Орталықтан бірінші максимумға дейінгі арақашықтықты х табыңыздар.

Берілгені: Талдау

l= 1 мм

n= 200 dsinφ=kλ

φ= 90⁰ sinφ= d=

k= 1

L= 1м

λ= 500 нм

Т/к: x

Шешуі:

Жауабы: х=10 см