Demonstrációs fizika labor

8.8. Réselhajlási jelenség bemutatása

A kísérlet célja

A hullámkádas kísérletek esetén is látható, hogy keskeny résen történő elhajlás esetén létrejön interferenciamintázat. A jelenség természetesen fényhullámok esetén is látható, sőt, a hullámkádas esetnél talán még jobban is.

Szükséges eszközök

  • Lézer fényforrás
  • Változtatható szélességű rés
  • Ernyő (zsírpapír), (esetleg optikai pad)

Leírás

A kísérlet sikerének feltétele, hogy a rés szélessége lehetőleg kicsi legyen. A lézernyalábbal – monokromatikus fénnyel – a rést merőlegesen világítsuk meg, s az ernyőt a réstől kellő távolságban – kb. 1 m – helyezzük el. Az ernyő persze ne legyen túl távol a réstől, mert akkor a fényintenzitás olyan alacsony lehet, hogy a jelenséget nem lehet szabad szemmel érzékelni. (Ha a pausz ernyőt alkalmazzuk, célszerű az ernyő nem megvilágított oldaláról megfigyelni a jelenséget.)


8.8a.PNG

8.8b.PNG

Feladatok

  • Szűkítsük, majd tágítsuk a rést. Figyeljük meg, hogyan változik az elhajlás mértéke a rés méretének változása esetén?
  • Piros helyett zöld lézert alkalmazva hogyan változik az elhajlás mértéke?

Kísérlethez kapcsolódó kérdések

  • Fehér fény alkalmazása esetén milyen elhajlási képet kapunk? Miért?

Módszertani kiegészítések

  • A jelenség fontosságát az adja, hogy magyarázni csak a fény hullámtermészetével lehetséges!
  • Az elhajlás definíciója sok nehézséget szokott okozni, de nem érdemes túlbonyolítani. Elhajlásról akkor beszélünk, ha geometriailag nem várt helyen érzékelünk fényt. Ennek a kifejezésnek a megértéséhez érdemes távolról indulni: Ha besüt a nap egy ablakon, akkor élesen látjuk a körvonalait. Ott van fény, ahol átsüt az ablakon és ott nincs, ahol a keret eltakarja. Az árnyéktér jól leírható egyszerű geometriával. Ha szűkítjük az ablakot, akkor azt várnánk, hogy szűkül a megvilágított terület. Ez egy ideig igaz is, de ha nagyon kicsi, résszerű az ablak, akkor már tágul a fényes terület, sőt érdekes mintázat is megjelenik. Ezt jelenti az, hogy geometriailag nem várt helyen van fény (vagy általánosan hullám).
  • A réselhajlás jelenségét (és a többi diffrakciós jelenséget) nem érdemes túlmagyarázni. Azt nagyon fontos a diákokban tudatosítani, hogy ez a jelenség akkor lép fel, ha a hullám a hullámhosszúságával összemérhető akadállyal találkozik. Érdeklődő (emelt szintű) osztályban magyarázatként a Huygens–Fresnel-elvet lehet elmondani és segítségével levezetni a Young-féle (kétréses) interferenciát. Utána fel lehet hívni a figyelmet annak érdekességére, hogy a rés, drót, rács elhajlási képének leírása (legalábbis a kioltási és erősítési pontok helyének szintjén) matematikai hasonlóságot mutat.
  • A diffrakció bevezetésével érdemes foglalkozni azzal, hogy mit nevezünk geometriai és hullámoptikának, és hol válik el egymástól a kettő. Érdemes kimondani, hogy a geometriai optikára megismert törvények akkor alkalmazható, ha a fény nagy (azaz a hullámhosszúságánál jóval nagyobb) tárgyakkal találkozik.

8.8. Réselhajlási jelenség bemutatása

A kísérlet célja

A hullámkádas kísérletek esetén is látható, hogy keskeny résen történő elhajlás esetén létrejön interferenciamintázat. A jelenség természetesen fényhullámok esetén is látható, sőt, a hullámkádas esetnél talán még jobban is.

Szükséges eszközök

  • Lézer fényforrás
  • Változtatható szélességű rés
  • Ernyő (zsírpapír), (esetleg optikai pad)

Leírás

A kísérlet sikerének feltétele, hogy a rés szélessége lehetőleg kicsi legyen. A lézernyalábbal – monokromatikus fénnyel – a rést merőlegesen világítsuk meg, s az ernyőt a réstől kellő távolságban – kb. 1 m – helyezzük el. Az ernyő persze ne legyen túl távol a réstől, mert akkor a fényintenzitás olyan alacsony lehet, hogy a jelenséget nem lehet szabad szemmel érzékelni. (Ha a pausz ernyőt alkalmazzuk, célszerű az ernyő nem megvilágított oldaláról megfigyelni a jelenséget.)


8.8a.PNG

8.8b.PNG

Feladatok

  • Szűkítsük, majd tágítsuk a rést. Figyeljük meg, hogyan változik az elhajlás mértéke a rés méretének változása esetén?
  • Piros helyett zöld lézert alkalmazva hogyan változik az elhajlás mértéke?

Kísérlethez kapcsolódó kérdések

  • Fehér fény alkalmazása esetén milyen elhajlási képet kapunk? Miért?

Módszertani kiegészítések

  • A jelenség fontosságát az adja, hogy magyarázni csak a fény hullámtermészetével lehetséges!
  • Az elhajlás definíciója sok nehézséget szokott okozni, de nem érdemes túlbonyolítani. Elhajlásról akkor beszélünk, ha geometriailag nem várt helyen érzékelünk fényt. Ennek a kifejezésnek a megértéséhez érdemes távolról indulni: Ha besüt a nap egy ablakon, akkor élesen látjuk a körvonalait. Ott van fény, ahol átsüt az ablakon és ott nincs, ahol a keret eltakarja. Az árnyéktér jól leírható egyszerű geometriával. Ha szűkítjük az ablakot, akkor azt várnánk, hogy szűkül a megvilágított terület. Ez egy ideig igaz is, de ha nagyon kicsi, résszerű az ablak, akkor már tágul a fényes terület, sőt érdekes mintázat is megjelenik. Ezt jelenti az, hogy geometriailag nem várt helyen van fény (vagy általánosan hullám).
  • A réselhajlás jelenségét (és a többi diffrakciós jelenséget) nem érdemes túlmagyarázni. Azt nagyon fontos a diákokban tudatosítani, hogy ez a jelenség akkor lép fel, ha a hullám a hullámhosszúságával összemérhető akadállyal találkozik. Érdeklődő (emelt szintű) osztályban magyarázatként a Huygens–Fresnel-elvet lehet elmondani és segítségével levezetni a Young-féle (kétréses) interferenciát. Utána fel lehet hívni a figyelmet annak érdekességére, hogy a rés, drót, rács elhajlási képének leírása (legalábbis a kioltási és erősítési pontok helyének szintjén) matematikai hasonlóságot mutat.
  • A diffrakció bevezetésével érdemes foglalkozni azzal, hogy mit nevezünk geometriai és hullámoptikának, és hol válik el egymástól a kettő. Érdemes kimondani, hogy a geometriai optikára megismert törvények akkor alkalmazható, ha a fény nagy (azaz a hullámhosszúságánál jóval nagyobb) tárgyakkal találkozik.