Pracownia fizyczna dla szkół

Transkrypt

1 Natężeie światła Pracowia fizycza Imię i Nazwisko yfrakcja i iterferecja a świetle laserowym opracowaie: Aeta rabińska Fotoy, jak zresztą i ie obiekty, mają barzo specyficzą cechę w pewych sytuacjach zachowują się jak cząstki, a w pewych jak fala. Ta zaziwiająca cecha światła osi azwę UALIZMU KORPUSKULARNO-FALOWEGO. Istieje wiele oświaczeń potwierzających, że światło zachowuje się jak zbiór cząstek (fotoów) p. zjawisko fotoelektrycze, efekt Comptoa. Poobie istieje wiele oświaczeń potwierzających, że światło jest falą elektromagetyczą. Należą o ich p. zjawiska yfrakcji i iterferecji światła, których baaie jest celem tego ćwiczeia. yfrakcja to zjawisko fizycze zmiay kieruku rozchozeia się fali a krawęziach przeszkó oraz w ich pobliżu. Iterferecja to zjawisko akłaaia się fal prowazące o zwiększaia lub zmiejszaia amplituy fali wypakowej. Jeym z ajprostszych przykłaów zjawiska yfrakcji jest przejście rówoległej wiązki światła laserowego przez wąską pojeyczą szczelię o szerokości. Zgoie z zasaą Huygesa każy pukt szczeliy, jest owym źrółem fali. Mięzy źrółami zachozi iterferecja, co powouje wzmaciaie i osłabiaie światła rozchozącego się w różych kierukach. Tak więc a ekraie wiocza bęzie seria miimów i maksimów światła laserowego. 0 Położeie a ekraie Oległość poszczególych miimów o siebie zależy o szerokości szczeliy () oraz o ługości fali światła laserowego (λ). Kąt po którym wiocze są koleje miima obrazu yfrakcyjego (α ) wyraża się wzorem: si, gzie jest umerem kolejego miimum licząc o śroka prążka cetralego. Zakłaając, że obraz obserwujemy tylko la małych kątów, a prostopałym o wiązki laserowej H ekraie, oaloym o szczeliy o oległość L (wówczas moża przyjąć, że si ta ), L gzie H jest oległością o cetrum ekrau, moża pokazać zależość położeia miimum a ekraie o szerokości szczeliy i ługości fali światła laserowego. H L. (1) 1

2 W przypaku przechozeia światła laserowego przez wie szczeliy oległe o siebie o oległość (oświaczeie Youga), oatkowo astępuje iterferecja fal pochozących o każej z fal z osoba. Na skutek tego a ekraie tworzą się prążki iterferecyje. W przypaku gy szerokość szczeli jest użo miejsza iż oległość mięzy imi, obraz obserwoway a ekraie to seria rówo oległych miimów i maksimów. Oległość poszczególych maksimów o siebie zależy o oległości pomięzy szczeliami () oraz o ługości fali światła laserowego (λ). Kąt po którym wiocze są koleje maksima obrazu yfrakcyjo-iterferecyjego (α) wyraża się wzorem: si, gzie jest umerem kolejego maksimum licząc o śroka prążka cetralego. Zowu zakłaając, że obraz obserwujemy tylko la małych kątów, a prostopałym o wiązki laserowej ekraie, oaloym o szczeliy o oległość L, moża pokazać zależość położeia maksimum a ekraie (H ) o oległości mięzy szczeliami i ługości fali światła laserowego. H L. () W przypaku gy szerokości szczeli są iezaiebywae w stosuku o oległości pomięzy imi otrzymay obraz iterferecyjy jest złożeiem obrazu powstałego o jeej szczeliy o szerokości i obrazu pochozącego o wu szczeli oległych o siebie o oległość. Ukła pomiarowy o wykoaia oświaczeia potrzebe bęą: laser czerwoy i zieloy szczelia regulowaa ukła wóch szczeli ekra liijka

3 Poiższy rysuek prezetuje ustawieie poszczególych elemetów a ławie optyczej. ekra szczeliy laser yfrakcja a pojeyczej szczeliie Na ławie optyczej umocuj laser czerwoy (ługość fali = 65 m), szczelię regulowaą oraz ekra. Zaotuj jaka jest oległość ekrau o szczeliy. Aby obserwoway obraz był jak ajbarziej czytely oległość ta powia być w miarę możliwości jak ajwiększa. L =.. Ustaw wiązkę lasera, szczelię oraz ekra w jeej osi. Zwiększaj i zmiejszaj szerokość szczeliy obserwując jak zmieia się obraz yfrakcyjy. Przy zmiejszaiu szczeliy prążki się.., atomiast przy zwiększaiu. Ustaw szerokość szczeliy, tak aby poszczególe prążki były czytele i jeocześie, żeby uzyskać ich w miarę użo a ekraie. Zmierz oległość pomięzy kolejymi -tymi miimami po obu stroach prążka cetralego. Oległość pomięzy tymi miimami jest rówa H. Wyiki zapisz w poiższej tabeli. Czy potrafisz bezpośreio zmierzyć oległość -tego prążka o śroka ekrau? H [ ] H [ ] H [ ] H [ ] 5 3

4 H [mm] Pracowia fizycza Otrzymae wyiki przestaw a wykresie w postaci zależości położeia miimum o jego umeru H() i o zgromazoych aych opasuj prostą Zwróć uwagę a krotości jeostek metra, w których mierzysz i wstawiasz poszczególe ae!!! Przerostek Krotość ecy 10 1 cety 10 mili 10 3 mikro 10 6 ao 10 9 Otrzymay tages kąta achyleia opasowaej prostej to zgoie ze wzorem (1) a L =... Stą obliczoa szerokość szczeliy wyosi = Jak ci się wyaje, laczego metoa opasowywaia prostej jest lepsza iż obliczaie wyiku z każego pomiaru? Zamień laser a zieloy, a astępie powtórz oświaczeie la tej samej szerokości szczeliy. Tym razem wyzacz ługość fali lasera zieloego. H [ ] H [ ] H [ ] H [ ] 5 Otrzymay tages kąta achyleia opasowaej prostej to zgoie ze wzorem (1) a L =... Stą otrzymaa ługość fali światła laserowego wyosi =. Czy otrzymaa ługość fali rzeczywiście opowiaa barwie zieloej? Jakim ługościom fali opowiaają graice światła wizialego? 4

5 yfrakcja i iterferecja a wóch szczeliach Na ławie optyczej umocuj laser czerwoy lub zieloy, slaj z woma szczeliami oraz ekra. Ustaw wiązkę lasera, szczeliy oraz ekra w jeej osi. Zaotuj jaka jest oległość ekrau o szczeliy. Aby obserwoway obraz był jak ajbarziej czytely oległość ta powia być w miarę możliwości jak ajwiększa. L =.. Zmierz oległość pomięzy kolejymi -tymi maksimami po obu stroach prążka cetralego. Oległość pomięzy tymi maksimami jest rówa H. Wyiki zapisz w poiższej tabeli. Otrzymae wyiki przestaw a wykresie w postaci zależości położeia maksimum o jego umeru H() i o zgromazoych aych opasuj prostą. H [ ] H [ ] H [ ] H [ ] 5 Otrzymay tages kąta achyleia opasowaej prostej to zgoie ze wzorem () a L =... Stą otrzymaa oległość mięzy szczeliami wyosi =. O błęach pomiarowych słów kilka Postaraj się oszacować błęy pomiarowe i zazaczyć je a wykresach. Z jaką okłaością byłeś w staie wyzaczyć współczyik kierukowy prostej? Błą pomiaru ługości: ajmiejsza poziałka a miarce Mierzoa wielkość x X A y Błą mierzoej wartości: X X x x y y 5