Diffraktion och interferens Kapitel 35-36

Transkript

1 Diffraktion och interferens Kapitel Natalie Segercrantz

2 Centrala begrepp Huygens princip: Tidsskillnaden mellan korresponderande punkter på två olika vågfronter är lika för alla par av korresponderande punkter. Snells lag Youngs tvåspaltsexperiment Konstruktiv interferens: Destruktiv interferens: Intensitet Brytningsindex för ett material: c = ljusets hastighet i vakuum v = ljusets hastighet i materialet Interferens i tunna skikt (n luft < n film ) 1. vågen reflekteras i b (obs! fasförändring) 2. vågen bryts i b 3. brutna vågen reflekteras i d (obs! fasförändring) 4. brutna vågen bryts en andra gång i e och 4. interfererar i P 2

3 Centrala begrepp Diffraktion från en spalt Braggs lag ger villkoret för de riktningar q i vilka de spridda strålarna interfererar konstruktivt då d är avståndet mellan atomerna i kristallgittret. Diffraktion från två spalter Intensitet: Diffraktionsgitter (Maximi-linjer)

4 Monokromatiskt ljus lyser på ett par identiska mikroskopglasskivor (n skivor > n luft ), som bildar en liten kil. Den övre skivans övre yta och det nedre glasets nedre yta har behandlats med en ickereflekterande film. Sidorna A och B reflekterar ljus. Ovanifrån ses 1. I. 2. II. 4

5 Monokromatiskt ljus lyser på ett par identiska mikroskopglasskivor (n skivor > n luft ), som bildar en liten kil. Den övre skivans övre yta och det nedre glasets nedre yta har behandlats med en ickereflekterande film. Sidorna A och B reflekterar ljus. Ovanifrån ses 1. I. 2. II. 5

6 Monokromatiskt ljus lyser på ett par mikroskopglasskivor, som bildar en liten kil. Den övre skivan är gjord av ett glas med n = 1,5 och den nedre av ett glas med n = 1,7. Båda skivorna är nedsänkta i en olja med ett brytningsindex mellan 1,5 och 1,7. Den övre skivans övre yta och det nedre glasets nedre yta har behandlats med en ickereflekterande film. Sidorna A och B reflekterar ljus. Ovanifrån ses: 1. I. 2. II. 6

7 Monokromatiskt ljus lyser på ett par mikroskopglasskivor, som bildar en liten kil. Den övre skivan är gjord av ett glas med n = 1,5 och den nedre av ett glas med n = 1,7. Båda skivorna är nedsänkta i en olja med ett brytningsindex mellan 1,5 och 1,7. Den övre skivans övre yta och det nedre glasets nedre yta har behandlats med en ickereflekterande film. Sidorna A och B reflekterar ljus. Ovanifrån ses: 1. I. 2. II. 7

8 Betrakta två identiska glasskivor i luft som belyses med monokromatiskt ljus. Den nedre skivan roteras i pilens riktning så att kilen som skivorna blidar blir mindre. Vad händer med interferensmönstret? 1. Mönstret blir glesare. 2. Mönstret blir tätare. 3. Inget. 8

9 Betrakta två identiska glasskivor i luft som belyses med monokromatiskt ljus. Den nedre skivan roteras i pilens riktning så att kilen som skivorna blidar blir mindre. Vad händer med interferensmönstret? 1. Mönstret blir glesare. 2. Mönstret blir tätare. 3. Inget. 9

10 Två identiska glasskivor belyses med monokromatiskt ljus ovanifrån. Skivorna är parallella och den övre rörs sakta uppåt. Vad ser du om du betraktar skivorna uppifrån? 1. Skivorna ser mörka ut. 2. Skivorna ser ljusa ut. 3. Ett interferensmönster som blir glesare. 4. Skivorna ser turvis mörka och ljusa ut. 10

11 Två identiska glasskivor belyses med monokromatiskt ljus ovanifrån. Skivorna är parallella och den övre rörs sakta uppåt. Vad ser du om du betraktar skivorna uppifrån? 1. Skivorna ser mörka ut. 2. Skivorna ser ljusa ut. 3. Ett interferensmönster som blir glesare. 4. Skivorna ser turvis mörka och ljusa ut. 11

12 Diffraktion sker då ljus passerar genom: 1. ett litet hål. 2. en bred spalt. 3. en skarp kant. 12

13 Diffraktion sker då ljus passerar genom: 1. ett litet hål. 2. en bred spalt. 3. en skarp kant. 13

14 Du håller en cirkulär skiva med skarpa kanter framför en stråle monokromatiskt ljus. I den geometriska skuggans mittpunkt på skärmen ser du 1. ett ljust område. 2. ett område som är mörkare än resten av skuggan. 3. ljust eller mörkt beroende på skivans avstånd från skärmen. 14

15 Du håller en cirkulär skiva med skarpa kanter framför en stråle monokromatiskt ljus. I den geometriska skuggans mittpunkt på skärmen ser du 1. ett ljust område. 2. ett område som är mörkare än resten av skuggan. 3. ljust eller mörkt beroende på skivans avstånd från skärmen. 15

16 Mönstret på skärmen beror på en spalt som är 1. horisontell. 2. vertikal. 16

17 Mönstret på skärmen beror på en spalt som är 1. horisontell. 2. vertikal. 17

18 Ett diffraktionsgitter belyses med gult ljus. Mönstret som ses på en skärm bakom gittret består av tre gula fläckar, en vid 0 o och två vid ±45 o. Rött ljus med samma intensitet som det gula adderas till den inkommande strålen. Det nya mönstret på skärmen består av 1. röda fläckar vid 0 och ± gula fläckar vid 0 and ± En orange fläck vid 0, gula fläckar vid at ±45 och röda fläckar något längre ut. 4. En orange fläck vid 0, gula fläckar vid at ±45 och röda fläckar något längre in. 18

19 Ett diffraktionsgitter belyses med gult ljus. Mönstret som ses på en skärm bakom gittret består av tre gula fläckar, en vid 0 o och två vid ±45 o. Rött ljus med samma intensitet som det gula adderas till den inkommande strålen. Det nya mönstret på skärmen består av 1. röda fläckar vid 0 och ± gula fläckar vid 0 and ± En orange fläck vid 0, gula fläckar vid at ±45 och röda fläckar något längre ut. 4. En orange fläck vid 0, gula fläckar vid at ±45 och röda fläckar något längre in. 19

20 En laser belyser två smala identiska spalter och ett interferensmönster observeras på en skärm bakom spalterna. Anta att en av spalterna täcks över. Vilken av följande påståenden beskriver bäst vad som observeras på skärmen? 1. Bredden på och avståndet mellan maximena ser likadant ut som tidigare. 2. Maximena är glesare, men deras bredd är den samma. 3. Maximena är tätare och smalare. 4. Endast ett smalt band av ljus observeras på skärmen. 20

21 En laser belyser två smala identiska spalter och ett interferensmönster observeras på en skärm bakom spalterna. Anta att en av spalterna täcks över. Vilken av följande påståenden beskriver bäst vad som observeras på skärmen? 1. Bredden på och avståndet mellan maximena ser likadant ut som tidigare. 2. Maximena är glesare, men deras bredd är den samma. 3. Maximena är tätare och smalare. 4. Endast ett smalt band av ljus observeras på skärmen. 21

22 Vad händer med centralminimum i för ett enspaltsdiffraktionsmönstret ifall våglängden för det inkommande ljuset förkortas? 1. Bredden på maxima ökar. 2. Bredden på maxima minskar. 3. Bredden på maxima förändras inte. 22

23 Vad händer med centralminimum i för ett enspaltsdiffraktionsmönstret ifall våglängden för det inkommande ljuset förkortas? 1. Bredden på maxima ökar. 2. Bredden på maxima minskar. 3. Bredden på maxima förändras inte. 23

24 Vad händer med maximats bredd vid dubbelspaltig interferens då spalternas bredd minskas? 1. Minskandet av spalternas bredd påverkar inte intensitetsmaximat. 2. Intensitetsmaximats bredd ökar då spaltens bredd minskas. 3. Intensitetsmaximats bredd minskar då spaltens bredd minskas. 4. Då bredden minskas ökar endast antalet maxima, bredden på maxima ändras dock inte. 5. Då bredden minskas minskar endast antalet maxima, bredden på maxima ändras dock inte. 24

25 Vad händer med maximats bredd vid dubbelspaltig interferens då spalternas bredd minskas? 1. Minskandet av spalternas bredd påverkar inte intensitetsmaximat. 2. Intensitetsmaximats bredd ökar då spaltens bredd minskas. 3. Intensitetsmaximats bredd minskar då spaltens bredd minskas. 4. Då bredden minskas ökar endast antalet maxima, bredden på maxima ändras dock inte. 5. Då bredden minskas minskar endast antalet maxima, bredden på maxima ändras dock inte. 25

26 Varför är det inte praktiskt att använda ett vanligt diffraktionsgitter om den inkommande strålen består av röntgenstrålning? 1. De flesta material reflekterar inte röntgenstrålar. 2. De flesta material böjer inte röntgenstrålar. 3. Röntgenstrålar är inte elektromagnetiska vågor utan partiklar. 4. Avståndet mellan spalter är mycket större än röntgenstrålningens våglängd. 26

27 Varför är det inte praktiskt att använda ett vanligt diffraktionsgitter om den inkommande strålen består av röntgenstrålning? 1. De flesta material reflekterar inte röntgenstrålar. 2. De flesta material böjer inte röntgenstrålar. 3. Röntgenstrålar är inte elektromagnetiska vågor utan partiklar. 4. Avståndet mellan spalter är mycket större än röntgenstrålningens våglängd. 27

28 Blått ljus går från luft in i ett glas med n = Hur förändras ljusets vågläng i glaset jämfört med dess våglängd i luft? 1. Våglängden ändras ej, endast frekvensen ändras då ljuset går in i glaset. 2. Vågländen blir kortare i glas. 3. Vågländen blir längre i glas. 28

29 Blått ljus går från luft in i ett glas med n = Hur förändras ljusets vågläng i glaset jämfört med dess våglängd i luft? 1. Våglängden ändras ej, endast frekvensen ändras då ljuset går in i glaset. 2. Vågländen blir kortare i glas. 3. Vågländen blir längre i glas. 29

30 Vilken approximation används för att underlätta beräknandet av skillnaden i banans längd som ljusstrålarna rör sig vid enspaltsdiffraktionsexperimentet? I detta experiment antogs att avståndet mellan skrämen och gittret var mycket större än spaltens bredd. 1. Att spaltens bredd är ungefär en våglängd. 2. Att avståndet som strålarna rör sig motsvarar avståndet mellan gittret och skrämen. 3. Att ljusstrålarna är parallella 4. Att alla ljusstrålarna som träffar skrämen vid en viss punkt är i samma fas. 30

31 Vilken approximation används för att underlätta beräknandet av skillnaden i banans längd som ljusstrålarna rör sig vid enspaltsdiffraktionsexperimentet? I detta experiment antogs att avståndet mellan skrämen och gittret var mycket större än spaltens bredd. 1. Att spaltens bredd är ungefär en våglängd. 2. Att avståndet som strålarna rör sig motsvarar avståndet mellan gittret och skrämen. 3. Att ljusstrålarna är parallella 4. Att alla ljusstrålarna som träffar skrämen vid en viss punkt är i samma fas. 31

32 En ljusstråle klyvs i tu, den ena strålen benäms A medan den andra benäms B. Stråle A rör sig genom ett medium med högre refraktionsindex än stråle B. Båda strålarna utrör median och rör sig därefter i luft. Hur skiljer sig deras våglängder från varandra? 1. Stråle A har längre våglängde än B. 2. Stråle B har längre våglängde än A. 3. Båda strålarna har samma våglängd. 32

33 En ljusstråle klyvs i tu, den ena strålen benäms A medan den andra benäms B. Stråle A rör sig genom ett medium med högre refraktionsindex än stråle B. Båda strålarna utrör median och rör sig därefter i luft. Hur skiljer sig deras våglängder från varandra? 1. Stråle A har längre våglängde än B. 2. Stråle B har längre våglängde än A. 3. Båda strålarna har samma våglängd. 33

34 Vad händer med interferensmönstret i ett dubbelspaltsexperiment då avståndet d mellan skårorna minskas? Skårornas bredd a hålls constant. Antag att avståndet fortfarande är störra än ljusets våglängd. 1. Ingenting sker. 2. Avståndet mellan maximan ökar. 3. Avståndet mellan maximan minskar. 4. Höjden på maximan minskar. 34

35 Vad händer med interferensmönstret i ett dubbelspaltsexperiment då avståndet d mellan skårorna minskas? Skårornas bredd a hålls constant. Antag att avståndet fortfarande är störra än ljusets våglängd. 1. Ingenting sker. 2. Avståndet mellan maximan ökar. 3. Avståndet mellan maximan minskar. 4. Höjden på maximan minskar. 35