gaismas difrakcija un polarizacija
TRANSCRIPT
Gaismas difrakcija un polarizācija.
P. Puķītis. Fizika 12. klasei: 86.-93. lpp.
Sasniedzamie rezultāti• Izprot redzamās gaismas difrakcijas parādību.
• Izprot interferences un difrakcijas savstarpējo saistību.
• Izprot polarizētās gaismas izmantošanu zinātnē un tehnikā.
• Izmantojot funkcionālās sakarības, aprēķina difrakcijas režģa parametrus.
• Lieto skaitļa normālformu un decimālos daudzkārtņus.
• Analizē gaismas viļņu īpašību apguves nozīmi inženiertehniskajās profesijās.
Difrakcija• Gaismas difrakcija ir gaismas viļņu apliekšanās
ap šķēršļiem un nehomogenitātēm vidē.
http://giphy.com/search/diffraction
Difrakcija• Uz divām spraugām, kas atrodas attālumā d,
krīt paralēls gaismas staru kūlis• Viļņu frontes ir paralēlas līnijas, kuras atrodas
viena no otras attālumā, kas vienāds ar viļņa garumu λ (lamda)
Difrakcija• Maza izmēra spraugas var uzskatīt par sekundāro
gaismas viļņu avotiem• Sekundārie viļņi pārklājoties veido interferences
ainu• Virzienos m = 0, m = 1, m = 2 rodas maksimumi
Difrakcijas režģis• Difrakcijas režģis ir ierīce gaismas sadalīšanai
spektrā:– daudzu paralēlu spraugu sistēma un savācējlēca– gaisma, kas iziet cauri režģim, lēcas fokālajā plaknē veido
interferences ainu (MG 87.lpp.)– Difrakcijas režģi raksturorežģa konstante jeb periods d (spraugas + svītras platums)
http://b1v.lv/wp-content/files/fizika_12/default.aspx@tabid=3&id=302_2.html
Mācību video: difrakcija
http://www.macibuvideo.lv/lazera-stara-difrakcija
Difrakcijas novērošana ikdienā
• Gaisma caur skropstām • CD, DVD disks
http://giphy.com/search/diffraction http://www.uzdevumi.lv/p/fizika/12-klase/gaismas-vilni-9199/re-bd9b97c5-7468-4484-a13c-45c0fbb9e226
Difrakcijas režģa darbība• Ja režģī vienā mm ievelk
tūkstošiem svītru, atstarpe starp tām ir tuva gaismas viļņa garumam
• Izejot cauri svītrām, notiek gaismas difrakcija
• Punktā O gājumu diference ir 0 – interferences maksimums, veidojas centrālais difrakcijas attēls
Difrakcijas režģa darbība• Sekundāro viļņu frontē BC
gaismas stariem ir gājumu diference Δ
• Ja gājumu diferencē ietilpst viens viļņu garums λ, tad lēcas fokālajā plaknē punktam O abās pusēs veidojas pirmais difrakcijas attēls (maksimums) punktā O1.
Difrakcijas režģa darbība• Sekundārie stari, kas apliecas
ap spraugu lielākā leņķī tā, lai gājumu diference būtu 2λ, simetriski punktam O rada otro difrakcijas attēlu tālāk no O1
• Baltai gaismai centrālais attēls ir balts, bet pārējie attēli ir kā baltās gaismas spektrs, jo katra krāsa pastiprinās citā vietā lēcas fokālajā plaknē
Difrakcijas režģa formula• Gājumu diference Δ = d sinϕ• Gājienu diferencei Δ jābūt vienādai ar vesela
skaita viļņa garumiem Δ = kλ (k – difrakcijas attēla kārtas skaitlis)
• d = režģa konstante
http://www.dzm.lu.lv/fiz/f_www/F_formulas.pdf
P.Puķītis. Fizika 12. klasei. 88. lpp.
l0 = 1 mm =
d = ?
N = 400
Difrakcijas režģim vienā mm ir 400 svītru. Režģis novietots paralēli ekrānam 0,3 m attālumā. Virzienā uz ekrānu perpendiku-lāri iet šaurs gaismas stars no lāzera, viļņu garums 640 nm.A. Noteikt režģa konstanti (periodu)
Režģa konstante d ir vienas svītras un spraugas kopējais platums
d =l0
N= 1 ∙ 10-3 md =
1 ∙ 10-3
400 =
=0,001400
=
= 0,0000025 = 2,5 ∙ 10-6m= 2,5 ϻm
P.Puķītis. Fizika 12. klasei. 88. lpp.
λ = 640 nm =
φ1 = ?
k = 1
Difrakcijas režģim vienā mm ir 400 svītru. Režģis novietots paralēli ekrānam 0,3 m attālumā. Virzienā uz ekrānu perpendiku-lāri iet šaurs gaismas stars no lāzera, viļņu garums 640 nm.B. Noteikt gaismas kūļa nolieces leņķi φ1 pirmās kārtas difrakcijas attēlam.Leņķi izsaka no difrakcijas formulas
sinφ1 =kλd= 640 ∙ 10-9 m
sinφ1 =1∙640∙10-9
2,5 ∙ 10-6 =
= 256 ∙ 10-3 = 0,256
φ1 = 14,8o
P.Puķītis. Fizika 12. klasei. 88. lpp.
L = 0,3 m
l = ?
Difrakcijas režģim vienā mm ir 400 svītru. Režģis novietots paralēli ekrānam 0,3 m attālumā. Virzienā uz ekrānu perpendiku-lāri iet šaurs gaismas stars no lāzera, viļņu garums 640 nm.C. Noteikt pirmās kārtas difrakcijas attēla attālumu l no centrālā attēla.Trigonometriskās sakarības trijstūrī
l = L ∙ tg φ1l =0,3 ∙ tg 14,8o =
= 0,3 ∙ 0,264 = = 0,079 m
http://www.uzdevumi.lv/p/matematika/12-klase/geometrijas-atkartojums-3062/re-f53031c2-d83a-47b4-bf37-8d53e15891b1
lL
P.Puķītis. Fizika 12. klasei. 88. lpp.
Difrakcijas režģim vienā mm ir 400 svītru. Režģis novietots paralēli ekrānam 0,3 m attālumā. Virzienā uz ekrānu perpendiku-lāri iet šaurs gaismas stars no lāzera, viļņu garums 640 nm.D. Noteikt maksimālo difrakcijas spektra attēlu skaitu, ieskaitot centrālo attēlu, kuru var iegūt režģī.Maksimālais attēlu kārtas skaitlis k būs, ja gaismas kūļa nolieces leņķis 90o. Tad sinφ 1
kmax =dλ
2,5∙10-6
640 ∙ 10-9 =3,9
Veidosies centrālais attēls + 3 attēli katrā pusē
=
Maksimālais difrakcijas attēlu skaits k = 7
Gaismas polarizācija
• Dabisku gaismu veido vienlaikus daudzi atomi, radot nesaskaņotus viļņus
• Caur polarizatoru (viela, kurā atomi izvietoti nesimetriski – optiski anizotropi) iziet tikai tās svārstības, kas paralēlas polarizācijas asij E
• Caur polarizatoru izgājušai gaismai elektriskā lauka intensitātes vektori svārstās vienā virzienā – lineāri polarizēta gaisma.
Polarizācijas filtri
• Plēves ar piejaukumvielām• Kvarca kristāli• Turmalīns• Optiski aktīvas vielas
– vitamīni– antibiotikas– cukurs
https://latfoto.lv/fototehnika/2659-filtri-fotografesanai.html
Polarizācijas izmantošana
• Optiskie filtri – fotoaparātiem, brillēm• Optiski aktīvo vielu koncentrācijas noteikšanai
(polarimetri)• Iekšējā sprieguma pētīšanai detaļām (detaļas
modelis no caurspīdīga materiāla tiek deformēts, analizē polarizētās gaismas interferenci)
• LCD displejos ar spriegumu pagriež šķidro kristālu šūnas
http://giphy.com/search/polarized
Sasniedzamie rezultāti• Izprot redzamās gaismas difrakcijas parādību.
• Izprot interferences un difrakcijas savstarpējo saistību.
• Izprot polarizētās gaismas izmantošanu zinātnē un tehnikā.
• Izmantojot funkcionālās sakarības, aprēķina difrakcijas režģa parametrus.
• Lieto skaitļa normālformu un decimālos daudzkārtņus.
• Analizē gaismas viļņu īpašību apguves nozīmi inženiertehniskajās profesijās.
Papildus informācijas avoti:• https://www.fizmix.lv/fiztemas/gaismas-vilni-9/difrakcija • http://www.dzm.lu.lv/fiz/IT/F_12/default.aspx@tabid=3&id=330_3.html#navtop • http://www.macibuvideo.lv/lazera-stara-difrakcija • Simulācija: https://phet.colorado.edu/en/simulation/legacy/wave-interference
• Поляризация света http://interneturok.ru/physics/11-klass/boptikab/polyarizatsiya-sveta-koleboshin-s-v
• http://interneturok.ru/physics/11-klass/boptikab/polyarizatsiya-sveta • Дифракция света http://interneturok.ru/physics/11-klass/boptikab/difraktsiya-sveta
Materiāli krievu valodā:
JAUTĀJUMI?