Беспорядочно расположенных частицах

Дифракция на одинаковых

(дифракция на ликоподии)

Этот методически очень важный эксперимент предшествует разговору о дифракционных решетках, которые представляют собой упорядоченную совокупность одинаковых преград. Данный опыт следует показать сразу после того, как студенты познакомились с особенностью дифракции Фраунгофера на двух щелях.

Как известно, при дифракции света с длиной волны λ на двух щелях ширины b, расположенных на расстоянии d друг от друга, на дифракционном спектре от одной щели (штриховая линия на рис. 8.38) появляются дополнительные максимумы и минимумы (сплошная линия на рис. 8.38).

Рис. 8.38. Образование дифракционной картины от многих беспорядочно расположенных преград (схема).

Угловое положение максимумов дается формулой

d∙sinθ = mλ, m = 0, 1, 2,...

Если имеется другая пара щелей с той же шириной b, но на другом расстоянии d друг от друга, то дифракционная картина будет в том же месте экрана[17], но положение дополнительных максимумов будет другим (кроме, конечно, центрального m = 0). Если взять очень много (сотни, тысячи) одинаковых щелей, находящихся на разных расстояниях друг от друга, то для каждой пары щелей будет дифракционная картина, «вписанная» в дифракционную картину от одной щели, но имеющая максимумы на разных расстояниях от оси. При сложении всех этих дифракционных картин тонкая структура максимумов исчезнет («замажется»), а распределение света, соответствующее дифракции на одной щели многократно усилится.

В эксперименте используется порошок зерен ликоподия (семена папортника). Эти круглые зерна имеют одинаковый размер порядка 30 мкм[18]. Порошок наносится на стеклянную пластинку, после чего «сдувается» с нее обратно в банку. Оставшейся на стекле пыли обычно вполне достаточно, чтобы провести эксперимент. Сначала следует с помощью микроскопа и видеопроектора показать зерна ликоподия на большом экране или белой стене аудитории (рис. 8.39).

Рис. 8.39. Ликоподий под микроскопом (изображение на экране).

Затем стеклянную пластинку помещают на пути лазерного луча мощностью около 50 мВт (лучше зеленого цвета), направленного на белую стену аудитории. В затемненной аудитории на стене хорошо видна дифракционная картина, представляющая собой несколько темных колец вокруг центрального светлого пятна (рис. 8.40).

Если измерить радиус первого кольца r и расстояние от стеклянной пластинки до стены (экрана) L, то можно оценить диаметр d зерна ликоподия. Например, при r = 10 см, L =5 м, λ = 0,5 мкм получаем d ~ λL/r = 25 мкм.

После этого эксперимента можно переходить к рассмотрению дифракции на регулярных структурах (дифракционных решетках).

Рис. 8.40. Дифракционная картина от ликоподия.

Дата добавления: 2014-01-04