Α. Μελέτη περίθλασης από απλή σχισµή Πείραµα 5.1: Η πειραµατική διάταξη είναι αυτή που φαίνεται στο ακόλουθο σχήµα 1.

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Α. Μελέτη περίθλασης από απλή σχισµή Πείραµα 5.1: Η πειραµατική διάταξη είναι αυτή που φαίνεται στο ακόλουθο σχήµα 1."

Σεβαστιανός Μαυρογένης
4 χρόνια πριν
Προβολές:

1 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΙΑ ΙΚΑΣΙΑ ΣΠΦ-1 Α. Μελέτη περίθλασης από απλή σχισµή Πείραµα 5.1: Η πειραµατική διάταξη είναι αυτή που φαίνεται στο ακόλουθο σχήµα 1. ΣΧΗΜΑ 1: Πειραµατική διάταξη για µελέτη περίθλασης από απλή και διπλή σχισµή. Το slde OS-9165 A που περιέχει 4 απλές σχισµές µε πλάτη α 1 =0.0 mm, α =0.04 mm, α 3 =0.08 mm, α 4 =0.16 mm τοποθετείται πάνω στην µεταλλική βάση. Μία εκ των σχισµών (π.χ. α = 0.04 mm ) ακτινοβολείται οµοιόµορφα και συµµετρικά από την δέσµη του λέιζερ Ηe-Ne (λ=638 Å). Είναι σηµαντικό η δέσµη να προσπίπτει κατά το δυνατόν κάθετα στην σχισµή και ο σχηµατισµός περίθλασης πάνω στην οθόνη παρατήρησης (ΧΟ στο σχήµα 1) πρέπει να είναι οριζόντιος, ευκρινής και συµµετρικός ως προς την θέση της δέσµης πάνω στην οθόνη πριν την εισαγωγή της σχισµής, θέση που ταυτίζεται µε αυτή του κεντρικού µεγίστου περίθλασης µετά την εισαγωγή της σχισµής στην πορεία της δέσµης. Μετακινώντας την οθόνη παρατήρησης σε διαφορετικές αποστάσεις (=1, 10, 30 cm < < 00 cm) από την απλή σχισµή καταγράφουµε τις αποστάσεις µεταξύ ελαχίστων περίθλασης τάξης ±m (π.χ. m=± ή m=±3) συµµετρικά εµφανιζόµενων ως προς το κεντρικό µέγιστο. Η ανάλυση των δεδοµένων µπορεί να γίνει είτε µε την ακριβή σχέση ή µε την προσεγγιστική σχέση, α = π 1 mλ α = π mλ Από τις σχέσεις αυτές προσδιορίζονται δύο πειραµατικές τιµές του πλάτους της σχισµής α π, τις οποίες και θα συγκρίνετε. 1

2 Πείραµα 5.: Με την ίδια διάταξη όπως στο προηγούµενο πείραµα επιλέγουµε µια σχισµή (π.χ. α 3 = 0.08 mm ), την φωτίζουµε κάθετα και συµµετρικά µε την δέσµη λέιζερ και παρατηρούµε τον σχηµατισµό περίθλασης σε χάρτινη ταινία κολληµένη στον τοίχο του εργαστηρίου. Καταγράφουµε την σταθερή απόσταση σχισµής οθόνης παρατήρησης, L, και εν συνεχεία µετράµε τις αποστάσεις µεταξύ των ελάχιστων περίθλασης τάξης ±m για όσο το δυνατόν περισσότερες τάξεις περίθλασης ( m 10). Από τις άµεσες µετρήσεις είναι δυνατόν να υπολογισθούν οι τιµές snθ = Οι τιµές αυτές θα χρησιµοποιηθούν για την χάραξη της καµπύλης snθ = f ( m ). Η + L L σχέση αυτή αναµένεται να είναι ευθεία µε κλίση ίση προς λ. Από την πειραµατική α π τιµή για την κλίση της ευθείας θα προσδιοριστεί το α π Πείραµα 5.3: Η πειραµατική διάταξη και η αντίστοιχη διαδικασία είναι όµοια µε αυτή που θα ακολουθήσετε στο πείραµα 5.. Η µόνη διαφορά είναι ότι τώρα την θέση της απλής σχισµής θα καταλάβει εµπόδιο ορθογώνιας διατοµής, π.χ. µια τρίχα από τα µαλλιά σας, που θα στερεωθεί µε κολλητική ταινία πάνω σε µεταλλική βάση έτσι ώστε να είναι κατακόρυφη και τεντωµένη. Από τις πειραµατικές µετρήσεις θα προσδιορίσουµε µε εντελώς ανάλογο τρόπο όπως στο πείραµα 5. το πλάτος της τρίχας, εφαρµόζοντας την αρχή του ΒΑΒΙΝΕΤ. Πείραµα 5.5: Η διάταξη είναι όµοια µε αυτή των πειραµάτων 5. και 5.3. Την θέση της ακτινοβολούµενης σχισµής θα καταλαµβάνει διαδοχικά κάθε µια σχισµή από το slde OS-9165 A. (συνολικά 4 σχισµές) και θα ακολουθήσουν οι τρεις σχισµές του slde LH (µε πλάτη α 5 = 0.1mm, α 6 = 0.4mm, α 7 = 0.48mm ). Για κάθε διαφορετική σχισµή θα παρατηρούµε τον σχηµατισµό περίθλασης σε χάρτινη ταινία κολληµένη στον τοίχο του εργαστηρίου. Θα καταγράφουµε τις αποστάσεις µεταξύ των ελάχιστων περίθλασης τάξης ±m για µια συγκεκριµένη τιµή του m, π.χ. m=± ή m=±3. Ακολούθως, χαράσσουµε την γραφική παράσταση προσεγγιστική σχέση που συνδέει τα δύο µεγέθη είναι η ( mlλ )/ α = f α ). Η Συνεπώς αναµένουµε η γραφική µας παράσταση να προκύψει ευθεία από την κλίση της οποίας είναι δυνατόν να προσδιορίσουµε το µήκος κύµατος της πηγής λέιζερ. (

3 Β. Μελέτη περίθλασης από διπλή σχισµή Πείραµα 5.7: Με πειραµατική διάταξη εντελώς ανάλογη αυτής του πειράµατος 5.1 και µε αντίστοιχη πειραµατική διαδικασία θα προσδιορίσουµε την απόσταση d µεταξύ των σχισµών σε διάταξη διπλής σχισµής, χρησιµοποιώντας κατάλληλες µετρήσεις από τον σχηµατισµό περίθλασης που παράγεται µετά την παρεµβολή της διπλής σχισµής στην πορεία της δέσµης λέιζερ. Η διπλή σχισµή µπορεί να επιλεγεί είτε από το slde OS-9165B είτε από το OS- 9165C. Προσέξτε ότι στο OS-9165C υπάρχει µόνο µία διπλή σχισµή ενώ οι υπόλοιπες είναι πολλαπλές σχισµές. Η κατάλληλη επιλογή διπλής σχισµής µπορεί να γίνει σε συνεννόηση µε τον επιβλέποντα. Ως κριτήρια επιλογής µπορούν να χρησιµοποιηθούν: (α) το πλάτος της σχισµής (0. 04mm α 0. 08mm ) και (β) ο d d λόγος 3 ή 4. Ακολούθως, επιλέγουµε µια σταθερή τάξη ελαχίστων α α συµβολής k (π.χ. ± 10 η άλλη κατάλληλη) που θα χρησιµοποιήσουµε στις µετρήσεις µας. Η επιλογή πρέπει να γίνει µε προσοχή: (α) βεβαιωθείτε ότι κατανοείτε πλήρως µε ποιο τρόπο γίνετε η απαρίθµηση των ελαχίστων συµβολής και (β) δεδοµένου ότι οι αποστάσεις µεταξύ των ελαχίστων συµβολής είναι µικρές, πολύ µικρότερες από τις αντίστοιχες για τα ελάχιστα περίθλασης, επιλέξτε την τάξη έτσι ώστε οι µετρήσεις να είναι εφικτές σε όλες τις αποστάσεις σχισµής-οθόνης. Εν συνεχεία, θα µετακινήσετε την οθόνη παρατήρησης σε διάφορες αποστάσεις, = 1,,..., 10 (40 cm 00cm ) από την θέση της διπλής σχισµής καταγράφοντας τόσο την τιµή της απόστασης όσο και την απόσταση µεταξύ των δύο ελαχίστων συµβολής τάξης ± k. Από τις µετρήσεις θα σχεδιάσετε την γραφική παράσταση = f ) η οποία αναµένεται να είναι ευθεία. Από την πειραµατική τιµή της κλίσης θα είναι δυνατόν να προσδιορισθεί η τιµή της απόστασης των σχισµών d χρησιµοποιώντας και την ακριβή σχέση και την προσεγγιστική σχέση, = d π 1 ( k + 1/ ) λ = d π ( k + 1/ ) λ ( 3

4 Συγκρίνοντας τα αποτελέσµατά σας για τις δύο περιπτώσεις θα διαπιστώσετε εάν στις συνθήκες του πειράµατός σας είναι σωστό να χρησιµοποιηθεί η προσεγγιστική σχέση. Γ. Μελέτη περίθλασης από φράγµα περίθλασης Πείραµα 5.3 (σελ. 396): Η πειραµατική διάταξη είναι αυτή που φαίνεται στο ακόλουθο σχήµα. ΣΧΗΜΑ : Πειραµατική διάταξη για µελέτη περίθλασης από φράγµα περίθλασης Η διάταξη είναι παρόµοια µε αυτή που χρησιµοποιήσατε για την µελέτη σχηµατισµού περίθλασης από απλή και διπλή σχισµή. Στην µεταλλική βάση εµπρός από το λέιζερ Ηe-Ne (λ=638 Å) θα τοποθετήσετε το φράγµα περίθλασης (LH ) µε Ν=1000 χαραγές/cm. Η απόσταση φράγµατος οθόνης θα διατηρηθεί σταθερή (µπορείτε να χρησιµοποιήσετε ως οθόνη ταινία επικολληµένη στον τοίχο). Καταγράψτε τις αποστάσεις του µεγίστου τάξεως n από το κεντρικό µέγιστο, για όσο το δυνατόν περισσότερα µέγιστα περίθλασης (τουλάχιστον 10) ευρισκόµενα στην ίδια πλευρά του σχηµατισµού ως προς το κεντρικό µέγιστο (δεν επηρεάζει τα αποτελέσµατα η επιλογή της µιας ή της άλλης πλευράς του σχηµατισµού περίθλασης εφ όσον η διάταξη είναι ευθυγραµµισµένη και ο σχηµατισµός περίθλασης συµµετρικός ως προς το κεντρικό µέγιστο). Από τις µετρήσεις είναι δυνατόν να υπολογίσετε τις ποσότητες snθ,1 = snθ, = Από τις γραφικές παραστάσεις snθ, 1 = f ( n ) και snθ, = f ( n ), όπου n η τάξη του αντίστοιχου µεγίστου, είναι δυνατόν να προσδιορίσετε τις πειραµατικές τιµές των παραµέτρων d και N. Είναι σηµαντικό να επισηµάνετε τις διαφορές των δύο γραφικών παραστάσεων και τις αντίστοιχες διαφορές των πειραµατικών τιµών των παραµέτρων d και N και να τις ερµηνεύσετε. Είναι χρήσιµο να επισηµάνετε επίσης + L L 4

5 τυχόν διαφορές στην επεξεργασία των µετρήσεων που λάβατε µε το φράγµα περίθλασης και αυτών που είχατε λάβει στο αντίστοιχο πείραµα µε απλή σχισµή. Πείραµα 5.4 (σελ. 397): Στο πείραµα αυτό επαναλαµβάνουµε την διαδικασία του πειράµατος 5.3 χρησιµοποιώντας ως πηγή το λέιζερ ηµιαγωγού που χρησιµοποιήσαµε στα πειράµατα µελέτης της πόλωσης του φωτός ( λ = 6470 Å). Θεωρώντας γνωστή την σταθερά του φράγµατος τιµή του Πείραµα 5.3 d µπορείτε να προσδιορίστε την λ επεξεργαζόµενοι τις πειραµατικές σας µετρήσεις ακριβώς όπως και στο 5

Σχετικά έγγραφα

Q 40 th International Physics Olympiad, Merida, Mexico, July 2009

Q 40 th International Physics Olympiad, Merida, Mexico, July 2009 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΠΡΟΒΛΗΜΑ No. 1 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΜΗΚΟΥΣ ΚΥΜΑΤΟΣ ΦΩΤΟΣ ASER ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΟΡΓΑΝΑ Επιπρόσθετα με τα υλικά 1), 2) και 3), αναμένεται να χρησιμοποιήσετε τα ακόλουθα: 4) Φακός ενσωματωμένος μέσα σε