Зертханалық ЖҰмыс №17 дифракциялық тор көмегімен жарықТЫҢ толқын ұзындығын анықтау
жүктеу/скачать 0,65 Mb.
|
Оптика зерт каз
|
ЗЕРТХАНАЛЫҚ ЖҰМЫС №17 ДИФРАКЦИЯЛЫҚ ТОР КӨМЕГІМЕН ЖАРЫҚТЫҢ ТОЛҚЫН ҰЗЫНДЫҒЫН АНЫҚТАУ Сабақтың оқулық мақсаты Жарықтың толқындық сипаты білінетін құбылыстардың біреуі дифракция құбылысы болады. Дифракция құбылысы тек жарыққа ғана емес, басқа да толқындық процестерге тән құбылыс. Мысалы, дыбыс толқындары да жолында кездескен бөгетті айнала бұрылып таралады. Жарықтың дифракциясы кәдімгі жағдайларда байқалмайды, оны тек ерекше жағдайларда ғана байқауға болады. Жарықтың толқындық табиғатын дұрыс түсініп білу керек.Жарықтың толқын ұзындығын анықтау әдістерін білу керек, ол әдістерді іске асыру жолдарымен танысу керек. Зертханалық жұмыстың мазмұны Берілген жұмыста дифракциялық тор көмегімен жарық толқын ұзындығы анықталады. Базалық материал Берілген жұмысты дұрыс түсініп орындау үшін дифракциялық тор деген құралдың не үшін қолданылатынын білу керек, ол қалай жасалатынын және дифракция құбылысы қай жағдайларда пайда болатынын білу керек. Сабаққа дайындық: Абдулаев Ж. Физика курсы 224-233б, Ахметов А.Физика 65-101б., дәрістік конспектілері. Бастапқы бақылау Дифракциялық тордағы жазуды (1:100) қалай түсінуге болады? Спектр реті дегеніміз не? Ақ жарық үшін қай түрде пайда болады? Дифракциялық тордан экранға дейінгі қашықтық немен өлшенеді? Спектр ретіндегі әр түсті жолақтар басталатын ара қашықтығын немен өлшеуге болады? Құралдар, материалдар, жабдықтар: Дифракциялық қондырғы, дифракциялық тор, ползушка, жарық көзі. Теориалық кіріспе және бастапқы мәлімет Дифракция деп жарықтың түзу сызықты жолдан бұрылу құбылысы айтылады. Дифракция құбылысын жарықтың толқындық теориясы бойынша толық түсіндіруге болады. Бірақ ол үшін Гюйгенс принципі жеткіліксіз. Өйткені бұл принципке сүйеніп дифракцияланған жарық толқындарының интенсивтілігін табуға болмайды, бұл принцип тек жарықтың таралу бағытын анықтау әдісі болып табылады. Френель бұл принциптің осы кемшілігін толықтырды, ол Гюйгенстің принципімен толқындардың интерференциялану принципін біріктірді. Френельше толқындық беттің әрбір нүктелерінің айналасында пайда болған элементар толқындар бір-бірімен қосылып интерференцияланады, сонда қорытқы сыртқы орауыш бетте толқынның едәуір интенсивтігі болады. Сөйтіп элементар толқындар мен интерференция жайындағы идеялардан жарықтың толқындық теориясының негізгі принципі-Гюйгенс-Френель принципі келіп шығады. Сонда бұл принцип бойынша толқындық беттің алдыңғы жағындағы бір нүктедегі, тербелісті табу үшін сол нүктеге толқындық беттің барлық элементтерінен келетін тербелістерді тауып, одан соң олардың амплитудалары мен фазаларын есепке ала отырып, оларды өз ара қосу керек.Дифракцияны жақсы зерттеу үшін және дифракциялық спектрлерді алу үшін дифракциялық тор деп аталатын құрал жасалады, ол бір-біріне өте жақын орналасқан параллель саңылаулардан тұрады. Дифракциялық торды жасау үшін бір неше әдіс бар. Егер шыны пластинканың бетіне бөлгіш машинамен қашықтарын бірдей етіп, өз ара параллель бірнеше сызықтар жүргізілсе, сонда пластинканың сызылған орындары күңгірт, сызылмаған орындары мөлдір болады. Оған түсірілген жарық көршілес екі күңгірт сызықшалар (штрихтар) аралығындағы мөлдір жерлерден (саңылаулардан жақсы өтеді. Күңгірт сызықтардан өте аз өтеді, өйткені жарық одан барлық жаққа шашырап кетеді, оларды мөлдір емес д еуге де болады. Суретте әр саңылаудың ені b , ал олардың арасындағы мөлдір емес аралық а болсын. Сонда а мен b-нің қосындысмы, яғни дифракциялық тордың периоды деп аталады. Параллель түскен сәуле шоғы дифракциялық торға түскен кезінде АВ жазық толқын фронты барлық саңылаулардан бір фазада өтеді. Экранның бір нүктесіне бұрыш жасап дифракциялық тордан екі: 1және 2 сәуле келіп интерференцияланады. Көршілес саңылаулардың арасында бұрыш жасаған бағытта сәулелердің жолдар айырмасы пайда болады , b тордың периоды деп аталады. -бір метр ұзындыққа келетін саңылау санымен анықталады. 2 суретте қондырғаның сыртқы түрі көрсетілген. Оптикалық отырғышта дифракциялық тор орналыстырылған оптикалық отырғыштың ұшында жарытқыш, оның алдында саңылау бөліктері бар-ползушка орнатылған. Егер жарыққа дифракциялық тор арқылы қарасақ, АВ саңылаудың екі жағында спектр түрде оның симметриялық көрінісі пайда болады. Әр қайсы жарықтың көрінісі ВD =ВD1 = S шамаға ығысқан болады. 3 суретте саңылау құрайтын сәулелер көрсетілген tg = S/R, болатындығы тұр, мұндағы R –тордың саңылауға дейін ара қашықтығы. бұрыш өте аз болатындықтан ; деп алуға болады да, формуланы пайдаланып, мынаны аламыз (1) n-спектр реті, яғни центр спектрден бастап спектрдің реттілік номері. Жұмысты орындау тәртібі Жарық көзін ток желісіне қосу керек. Экранда ақ жарықтың дифракциялық спектр бейнесін көре отырып: күлгін, жасыл, қызыл жолақ орналасқан О-ден бастап ара қашықтықты өлшеу керек. Спектр ретін оқытушы береді. Дифракциялық тордан экранға дейін R ара қашықтықты өлшеу керек. (1) формула мен толқын ұзындығы күлгін, жасыл, қызыл түрі сәулелердің ұзындығы есептеледі. Дифракциялық тордың периоды есептелінеді. Ол үшін торда жазылған сандар арқылы тордың периодын өлшеу керек. (мысалы: 1:100 болса оны 1мм –де 100 сызық бар деп түсіруге болады. Әр түрлі жарық спектр түрі үшін абсолют қателік мына формуламен есептелінеді: . -оптикалық отырғыштың (сызғыштың) қателігі. -экранның вертикаль саңылауы бар шкаланың қателігі. Бірақ жолақ ені 1 мм-ден артық болса, онда ен мәнінің жартысы алынады. Өлшеу нәтижелер әр түрлі спектр реті үшін мына түрде жазылады: . Жұмыстың мақсаты орындалды деп есептелінеді, егер өлшенген шаманың теориялық мәні тәжірибелік мәнінен айырмашылығы 10% тен аспаса.Керісінше жағдайда жұмыс атқару жолын қайта қарастырып, жіберілген қателіктердің себебін іздестіру қажет. Үйге тапсырма Экспериментің нәтижесін бекіту үшін есеп жинақтарынан дифракциялық максимум шарты бойынша 2-3 есеп шешіледі.. Бақылау сұрақтар және тапсырмалар 1. Жарық дегеніміз не? 2. Жарық дифракциясы дегеніміз не? 3. Кім және не көмегімен бірінші рет (қай принцип көмегімен) дифракция құбылысын түсіндірді? 4. Жарық дифракцияны бақылау жағдайларын атап кетіңіз? 5. Френель зоналары дегеніміз не? 6. Спектр реті дегеніміз не? 7. Ақ жарықтан дифракциялық көрініс неліктен әр түсті болады? 8. Монохромат жарық дегеніміз не? 9. Интерференция дегеніміз не? ЗЕРТХАНАЛЫҚ ЖҰМЫС №18 ОПТИКАЛЫҚ ЖҮЙЕЛЕРДІҢ БАС ФОКУС АРАЛЫҒЫН АНЫҚТАУ Сабақтың оқулық мақсаты: Геометриялық пішіні бойынша, жарықтың таралуы бойынша нақты өлшемдеріне сәйкес келетін бейнелерді әртүрлі спектрлік аймақтарында алу есептерін оптика шешеді. Геометриялық оптика физикалық оптика көмегімен мынадай сұрақтарға жауап береді: Оптикалық жүйені объектінің әрбір нүктесі объект бейнесінің геометриялық өлшемдеріне ұқсас болатынын қалай құрастыруға болады. Берілген жұмыста жинағыш линзаның бас фокус аралығы және оптикалық күші анықталады. Зертханалық жұмыстың мазмұны: берілген жұмыста жұқа жинағыш линзаның бас фокус аралығы анықталады да, оптикалық күші есептелінеді. Базалық материал Жұмысты жақсы орындау және тапсыру үшін линза дегеніміз не, фокус аралығы дегеніміз не, жұқа линзалардың формуласын, оптикалық күш дегеніміз не білу керек. Сабаққа дайындық: Базалық материалдың сұрақтарын еске алу, ал қажетті болса оқып алу керек. (Мысалы Арызханов С. Физика 203-208 б,Қойшыбаев Н.,Шарықбаев А. Физика 2 том,30-53б, дәрістік материал). Бастапқы бақылау Линзаның бас фокус аралығы дегеніміз не? Бұл жұмыста линзаның бас фокус аралығы қай формуламен анықталады? Денеден линзаға дейін ара қашықтығы немен өлшенеді? Бұл жұмыста қай шаманың өлшеулері нәтижеге қателікті береді. Құралдар, материалдар, жабдықтар: Оптикалық отырғыш, жинағыш линза, сызғыш, дене. Теориялық кіріспе және бастапқы мәлімет Сфералық беттеррмен шектелген мөлдір денені л и н з а деп атайды. Линзалар дөңес және ойыс болып екіге бөлінеді. Дөңес линзаны жинағыш (91-сурет),ал ойыс линзаны (92-сурет) шашыратқыш линза деп атайды. Линзаны өте жұқа деп алсақ , онда оны шектейтің сфераның полюстері О1 және О2 бірімен-бірі беттесіп кетеді деуге болады. Олардың беттесетін О нүктесін линзаның оптикалық центрі деп атайды. Линзаның оптикалық центірінен өтетін кез келген түзуді линзаның оптикалық осі деп атайды. Оптикалық центрден және линзаны шектейтін сфералардың полюстерінен (О1 және О2) өтетін оптикалық осьті бас оптикалық ось деп атайды. Бас оптикалық оське параллель сәулелер шоғының линзадан өткеннен кейін түйісетін нүктесін линзаның фокусы F деп атайды.Фокус пен линзаның оптикалық центрінің ара қашықтығын ОF линзаның фокус аралығы деп атайды. Бас оптикалық оське перпендикуляр болып және фокус арқылы өтетін жазықтықты фокустық жазықтық деп атайды. Линзаның F фокус аралығына кері шаманы линзаның оптикалық күші деп атайды: . Егер де линзаның фокус аралығы 1 м деп алсақ, онда оның оптикалық күші 1 диоприяға (дптр) тең болады: 1 диоптрияһ . Линзаның оптикалық күші мына формуламен анықталады: Мұндағы n –линза затының салыстырмалы сыну көрсеткіші, R1 ,R2 – линза беттерінің қисықтық радиустары. Дөңес беттер үшін қисықтық радиустары оң деп, ойыс беттер үшін-теріс деп, ал жазық беттер үшін шексіздікке тең деп алындады. Линза формуласы былайша жазылады: , мұндағы -линзадан нәрсеге дейінгі қашықтық, -линзадан кескінге дейінгі қашықтық, F- линзаның фокус аралығы, линзаның оптикалық күші. Жинағыш линза үшін F, D-оң, шын кескіндер үшін , -оң деп алынады. Шашыратқыш линза үшін F, D-теріс, ал жалған кескіндер үшін , -теріс деп алындаы. Кескін мен нәрсенің сызықтық өлшемлдерінің қатынасы линзаның сызықтық үлкейтуі деп аталады, яғни , мұндағы k-линзаның сызықтық үлкейтуі,h- кескіннің сызықтық өлшемі, H-нәрсенің сызықтық өлшемі. (1) формуладан және бір бірімен орын ауыстыруға болады, және бұл формуланың түрі өзгермейді. Практикада ол мынаны білдіреді: егер бейненің орнына өз денені АЕ орналастырсақ, онда оның бейнесі алғашқыда өз дене тұрған жерінде де алуға болады. Соңғыны былай түсінуге болады: егер экранда дененің кері бейнесі алынған болса, онда денемен экранды қозғалтпай, және шамалар өлшенеді де , сонан соң линзаны 1 қалпынан 2 қалпына линзаменАЕ арасындағы қашықтық ке тең болу үшін жылжытамыз, сонда экранда біз АЕ дененің кері және кішірейтілген бейнесін көреміз, ол линзаның 2 қалпынан қашықтықта орналасқан болады. Сонымен, олинза көмегімен екі бейнені алуға болады:-үлкейтілген-линза центірінен ара қашықтықта орналасқан және кішірейтілген- қашықтықта, демек бұл шамалар бір-бірімен (1) формула бойынша байланысқан. Линзаның оптикалық центрі ығысқан шамасын а әрпімен белгілейік . Бұл шаманы біле отырып линзаның қандай да болсын орын ауыстырун өлшеуге болады, оның орын ауыстыру кезінде линзаның оптикалық центрі өзгермейді. Суреттен мына көрініп тұр: . Осы шамаларды қоса және ала отырып, мынаған келеміз: (1) формуланы ескере отырып аламыз: (2) Зертханалық жұмысты орындау үшін қажетті қондырғы оптикалық отырғышта орналасқан, дене ретінде диафрагмадағы тілше тәрізді саңылау алынған, линза. Жұмысты орындау тәртібі Дененің қабырғаға (экранға) дейінгі В ара қашықтықта линзаны орнату керек. Солдан оңға қарай линзаны ауыстыра отырып тілшенің нақ бірінші бейнесін алу керек және d1 ара қашықтығын өлшеу керек. Линзаны әрі қарай жылжытып тілшенің нақ екінші бейнесін d2 өлшеп жазу керек. (2) формула бойынша линзаның фокус аралығын есептеу керек, (мұнда ) Өлшеулердің қателігін анықтау керек: , мұндағы - қашықтықтарын өлшейтін құралдың абсолюттік қателігі 6. Линзаның оптикалық күшін анықтаңыз. Жұмыс орындау тәртібіне нұсқау Өлшеулерді жасаудың алдында оптикалық жүйенің центрленгенің тексеру керек. Жарық көзін өлшеуден өлшеуге 10-15 мин уақыттай сеть желісінен ажырату керек. Өздік тексеру жолымен жұмыс мақсатына жету Жұмыстың мақсаты орындалды деп есептелінеді егер өлшенген шаманың теориялық мәні тәжірибелік мәнінен айырмашылығы 10% тен аспаса.Керісінше жағдайда жұмыс атқару жолын қайта қарастырып, жіберілген қателіктердің себебін іздестіру қажет. Үйге тапсырма Экспериментің нәтижесін бекіту үшін есеп жинақтарынан оптикалық жүйелердің негізгі физикалық шамаларын анықтайтын мысалдарын келтіріңіз, сонымен қатар линза көмегімен бейне құрудың тәсілдерін атап кетіңіз. Бақылау сұрақтар және тапсырмалар Линзаның оптикалық центрі, оптикалық осі, фокус аралығы және фокаль жазықтығы дегеніміз не? Линзаның оптикалық күші дегеніміз не? Оның өлшем бірлігі? Линзаның үлкейтуін қалай анықтауға болады. Линза көмегімен дененің кескінің қалай анықтауға болады. ЗЕРТХАНАЛЫҚ ЖҰМЫС19 ҚАНТ ЕРТІНДІСІНІҢ КОНЦЕНТРАЦИЯСЫН АНЫҚТАУ. Сабақтың оқулық мақсаты: Жарықтың поляризация құбылысы жарықтың интерференция, дифракция, дисперсия құбылыстарымен бірге жарықтың толқындық табиғатын түсіндіреді. Кейбір заттар ішінде таралған жарықтың поляризациялану жазықтығын белгілі бұрышқа бұрады. Осындай қабілеті бар заттар оптикалық актив заттар деп аталады.Оптикалық активті ерітіндіде таралған жарықтың поляризациялану жазықтығының бұрылу бұрышын ерітілген заттың концентрациясы мен ерітінді қалыңдығы арасындағы байланысын біле отырып поляризация құбылысы нәтижесінде актив заттың концентрациясын поляриметрия әдісі бойынша анықтауға болады. Зертханалық жұмыстың мазмұны Берілген жұмыста қант ертіндісінің концентрациясын анықтау керек. Базалық материал Жұмысты жақсы орындау және тапсыру үшін поляризация құбылысының табиғатын түсіну керек, Малюс заңының мазмұнын және математикалық түрін білу керек. Сабаққа дайындық: Абдулаев Ж. Физика курсы 242-247б., Ахметов А. Физика139-155, дәрістік материал. Бастапқы бақылау Анализатор мен фотоэлементтің арасындағы ара қашықтығы неліктен аз болу керек? Поляризатор мен анализатор арасындағы бұрыш қандай құрал көмегімен анықталады? Оның шкала бөлігінің құны? Анализатор арқылы өткен жарықтың жарықтылығын қандай құрал көмегімен өлшейді? Оның шкала бөлігінің құны? Берілген жұмыста тәжірибе неше рет қайталанады? Малюс заңының орындалатынын тексеру үшін алынған нәтижелер көмегімен не жасау керек? Құралдар, материалдар, жабдықтар: Жарық көзі, поляроидтер, люксметр, транспортир. Теориялық кіріспе және бастапқы мәлімет Жарық толқындары электромагниттік толқындардың бір түрі. Жарық толқындарының өрісін электр векторы (Е) мен магнит векторы (Н) арқылы сипаттауға болады. Бұл векторлар өз ара және толқын таралатын бағытқа перпендикуляр болатындығы белгілі. Жарық толқыны өрісінің векторлары үздіксіз өзгеріп, яғни ұдайы тербеліп тұрады. Арнап жүргізілген тәжірибелер нәтижелеріне қарағанда жарықтың фотохимиялық әсері оның өрісінің электр векторы әсеріне байланысты. Сондықтан бұл вектор кейде жарық векторы деп те аталады. Жарық тербелістері делінгенде осы Е векторы тербелісі айтылады. Жарық толқынының интенсивтігі, яғни 1 секундта толқын таралатын бағытқа перпендикуляр 1 см2 ауданнан өтетін жарық энергиясының мөлшері, оның электр векторының амплитудасының квадратына тура пропорционал болады. Жарық толқындары заттың атомдары мен молекулаларында жүріп жатқан кейбір процестер нәтижесінде пайда болады. Өте кішкене жарық көзі құрамында сансыз көп атомдар болады. Олардың әрқайсысы шығаратын ж арық толқындарының электр векторларының бағыттары әр түрлі, сонымен қабат бір атомның шығарған жарық толқындарының электр векторының бағыты да өзгеріп тұрады. Сөйтіп жарық толқынның электр векторы түрлі жаққа бағытталған, яғни ол сан алуан жазықтықта тербелуі мүмкін. Мұнда бір бағыттың басқа бағыттардан артықшылығы болмайды. Өрісінің электр векторы кеңістікте осылай түрлі бағытта орналасқан жарық-табиғи жарық деп аталады. Табиғи жарық толқындарының барлық бағытта интенсивтігі бірдей болады. Белгілі жағдайда жарық толқыны векторы тек бір белгілі бағытта ғана тербелуі мүмкін. Осындай жарық - толық поляризацияланған жарық деп аталады. Электр векторының тербеліс бағыты мен сол тербелістер таралатын бағыт арқылы өтетін жазықтық поляризацияланған жарықтың тербеліс жазықтығы, оған перпендикуляр жазықтық - поляризациялану жазықтығы деп аталады.Егер жарық векторы тербелістері бір ғана жазықтықта болып жатса, ондай жарық жазықша поляризацияланған жарық деп аталады. Жарықтың поляризациялану құбылысын тәжірибе жасап байқауға болады, бұл құбылысты, мысалы, жарық турмалин пластинкадан өткенде байқау оңай. Турмалин кристалынан оның осіне параллель етіп жарып алынған мөлдір жұқа пластинка алып, оған табиғи ақ жарық түсірейік. Сонда ол қоңырлау-жасыл түсті болып көрінеді. Егер оны түскен сәуле бағытымен дәл келетін осьтен айналдырса, өткен жарық интенсивтілігі өзгермейді. Дәл сондай тағы бір турмалин пластинка алып, оны алғашқы пластинканың жанына, яғни олардың ОО` осьтерін параллель етіп қойсақ, онда жарық пластинкалардың екеуінен де өтеді, бірақ оның интенсивтілігі бұрынғысынан гөрі сәл бәсеңдейді, себебі жарықты бір пластинкадан гөрі екі пластинка көберек жұтады. Енді турмалин пластинкалардың біреуін, мысалы 2 пластинканы, сәулемен дәл келетін ОО` осьтен айналдырсақ, өткен жарық интенсивтігі кеми бастайды, олардың ОО` осьтері бір-біріне перпендикуляр болса, жарық 2 пластинкадан өтпейді. Бұған қарағанда 1 турмалин пластинка тек бір белгілі бағытта, мысалы осьтері бағытында болатын жарық тербелістерін ғана өткізеді, 2 турмалин пластинка ондай тербелістерді бөгейді. Сөйтіп, турмалин пластинкасынан әр түрлі бағытта болып жатқан жарық тербелістерінен тек белгілі бір бағытта, мысалы ОО` осіне параллель бағытта болатын тербелістер ғана өте алады. Сонымен турмалиннан өткен жарық толқынының электр векторы белгілі бір жазықтықта тербеледі, демек табиғи жарық турмалиннан өткенде поляризацияланады. Бұл тәжірибелер жарық тербелістерінің көлденең тербелістер екендігін дәлелдейді. Біз қарастырған мысалда 1 турмалин пластинка поляризатор, 2 турмалин пластинка анализатор деп аталады. Егер поляризацияланған кристалға П интенсивтігі Iтаб, табиғи жарық түсетін болса, онда поляризацияланған жарықтың интенсивтігі I0 поляризатордың бағдарлауына тәуелсіз және түскен табиғи жарық интенсивтіліктің жартысына тең. (рис 3): жүктеу/скачать 0,65 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|