Diffraktion och interferens

Diffraktion och interferens
Kapitel 35-36
1.3.2016 Natalie Segercrantz
Centrala begrepp
Youngs tvåspaltsexperiment
Konstruktiv interferens:
Huygens princip:
Tidsskillnaden mellan korresponderande
punkter på två olika vågfronter är lika för
alla par av korresponderande punkter.
Destruktiv interferens:
Snells lag
Intensitet
Brytningsindex för ett material:
c = ljusets hastighet i vakuum
v = ljusets hastighet i materialet
Interferens i tunna skikt (nluft < nfilm )
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
5. 1. och 4. interfererar i P
10.3.2016
2
Centrala begrepp
Diffraktion från en spalt
Diffraktion från två spalter
Braggs lag ger villkoret för de
riktningar q i vilka de spridda
strålarna interfererar
konstruktivt då d är avståndet
mellan
atomerna
i
kristallgittret.
Diffraktionsgitter
(Maximi-linjer)
Intensitet:
Monokromatiskt ljus lyser på ett par identiska
mikroskopglasskivor (nskivor > nluft), 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.
10.3.2016
4
Monokromatiskt ljus lyser på ett par identiska
mikroskopglasskivor (nskivor > nluft), 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.
10.3.2016
5
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.
10.3.2016
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.
10.3.2016
7
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.
10.3.2016
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.
10.3.2016
9
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.
10.3.2016
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.
10.3.2016
11
Diffraktion sker då ljus passerar genom:
1. ett litet hål.
2. en bred spalt.
3. en skarp kant.
10.3.2016
12
Diffraktion sker då ljus passerar genom:
1. ett litet hål.
2. en bred spalt.
3. en skarp kant.
10.3.2016
13
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.
10.3.2016
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.
10.3.2016
15
Mönstret på skärmen beror på en spalt som är
1. horisontell.
2. vertikal.
10.3.2016
16
Mönstret på skärmen beror på en spalt som är
1. horisontell.
2. vertikal.
10.3.2016
17
Ett diffraktionsgitter belyses med gult ljus. Mönstret som ses på
en skärm bakom gittret består av tre gula fläckar, en vid 0o och
två vid ±45o. Rött ljus med samma intensitet som det gula
adderas till den inkommande strålen. Det nya mönstret på
skärmen består av
1.
2.
3.
4.
röda fläckar vid 0° och ±45.
gula fläckar vid 0° and ±45.
En orange fläck vid 0°, gula fläckar vid at ±45°och röda fläckar
något längre ut.
En orange fläck vid 0, gula fläckar vid at ±45°och röda fläckar
något längre in.
10.3.2016
18
Ett diffraktionsgitter belyses med gult ljus. Mönstret som ses på
en skärm bakom gittret består av tre gula fläckar, en vid 0o och
två vid ±45o. Rött ljus med samma intensitet som det gula
adderas till den inkommande strålen. Det nya mönstret på
skärmen består av
1.
2.
3.
4.
röda fläckar vid 0° och ±45.
gula fläckar vid 0° and ±45.
En orange fläck vid 0°, gula fläckar vid at ±45°och röda fläckar
något längre ut.
En orange fläck vid 0, gula fläckar vid at ±45°och röda fläckar
något längre in.
10.3.2016
19
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.
10.3.2016
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.
10.3.2016
21
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.
10.3.2016
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.
10.3.2016
23
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.
10.3.2016
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.
10.3.2016
25
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.
10.3.2016
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.
10.3.2016
27
Blått ljus går från luft in i ett glas med n = 1.54. 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.
10.3.2016
28
Blått ljus går från luft in i ett glas med n = 1.54. 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.
10.3.2016
29
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.
10.3.2016
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.
10.3.2016
31
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.
10.3.2016
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.
10.3.2016
33
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.
10.3.2016
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.
10.3.2016
35