Transcript Physics3 s32203 light

Physics3 s32203 light
บทที่ 12
แสงเชิงฟิ สิกส์
light2
Physics3 s32203 light
light2
การแทรกสอดของแสง(Interference)
เกิดไดต
่ คลืน
่ แสง 2 ขบวนเคลือ
่ นทีม
่ าพบกัน
้ อเมื
่ อ
จะเกิดการรวมตัวกันและแทรกสอดกันเกิดเป็ นแถบ
มืดและแถบสวางบนฉาก
โดยแหลงก
่
่ าเนิดแสง
จะต้องเป็ นแหลงก
่ าเนิดอาพันธ ์ (Coherent
Source) นักวิทยาศาสตรที
่ ระสบความสาเร็จใน
์ ป
การทดลองเพือ
่ ทดสอบทฤษฎี คือ โทมัส ยัง
งกฤษ
นักวิทยาศาสตรชาวอั
์
Physics3 s32203 light
ให้แสงเดินทางผานสลิ
ตคู(double
slit)
่
่
light2
Physics3 s32203 light
light2
สมการการแทรกสอดของแสง
X
D
Physics3 s32203 light
light2
การแทรกสอดแบบเสริมกัน (แนวกลางเป็ น
แนวปฏิ
พ
ั บนแนวแถบสว
ให
อยู
าง
จะได้
้จุด Pบ
่ 𝑨𝟎 )
่
𝒅𝑿
𝑫
𝑺𝟏 𝑷 − 𝑺𝟐 𝑷 = 𝒅𝒔𝒊𝒏𝜽 =
= 𝒏𝝀
เมื
่
อ
d
=
ระยะระหว่
า
งสลิ
ต
เมือ
่ n = แถบสวางที
1,2,3,...
่
่
x = ระยะจากแนวกลางถึงแถบสว่าง
แถบสวางทั
ง้ หมด = 2n+1
่
D = ระยะจากสลิตถึงฉาก
การแทรกสอดแบบหักลาง
้ (แถบมืด)
ให้จุด Q อยูบนแนวแถบมื
ด
จะได้
่
𝒅𝑿
𝟏
𝑺𝟏 𝑸 − 𝑺𝟐 𝑸 = 𝒅𝒔𝒊𝒏𝜽 =
= (𝒏 − )𝝀
𝑫
𝟐
เมือ
่ n = แถบมืดที่ 1,2,3,...
แถบมืดทัง้ หมด = 2n
Physics3 s32203 light
light2
ตัวอยาง
1 ช่องแคบคูมี
างช
่
่ ระยะหางระหว
่
่
่ อง
0.1 มิลลิเมตร เมือ
่ ฉายแสงความยาวคลืน
่ 600
นาโนเมตร ผานช
าง
่
่ องแคบคู่ ปรากฏวาแถบสว
่
่
ลาดับทีส
่ องบนฉากหางออกไป
80 เซนติเมตร
่
จะอยูห
าใด(9.6
mm)
่ างจากแนวกลางเท
่
่
Physics3 s32203 light
light2
−𝟕
ตัวอยาง
2
แสงมี
ค
วามยาวคลื
น
่
5
×
𝟏𝟎
่
เมตร ส่องผานสลิ
ตคูซึ
ต 1
่
่ ง่ มีระยะระหวางสลิ
่
มิลลิเมตร ระยะระหวางแถบสว
างที
เ่ กิดบนฉากที่
่
่
ห่างออกไป 2 เมตร จะเป็ นเทาใด
่
Physics3 s32203 light
light2
ตัวอยาง
3 สลิตคูห
น 0.03 มิลลิเมตร วาง
่
่ างกั
่
ห่างจากฉาก 2 เมตร เมือ
่ ฉายแสงผานสลิ
ต
่
ปรากฏวาแถบสว
างล
าดับที่ 5 อยูห
่
่
่ ่างจากแถบ
กลาง 14 เซนติเมตร ความยาวคลืน
่ แสงเป็ นกี่
นาโนเมตร
Physics3 s32203 light
light2
การเลีย
้ วเบนของแสง (Diffraction)
การเลีย
้ วเบนของแสงผานช
่ ว(single slit) จะ
่
่ องเดีย
ไดแถบสว
างตรงกลางกว
างและมี
ความเขมมาก
้
่
้
้
ทีส
่ ุด แถบสวางข
างๆ
ทีส
่ ลับแถบมืดจะมีความ
่
้
เข้มลดลง ค้นพบโดย กริมล
ั ดิ
Physics3 s32203 light
light2
การหาตาแหน่งแถบมืดแถบสวางบนฉาก
่
𝒅𝑿
𝑫
a𝒔𝒊𝒏𝜽 =
= 𝒏𝝀
เมือ
่ n = แถบมืดที่ 1, 2, 3, ...
a = ความกวางของช
่ ว
้
่ องแคบสลิตเดีย
ความกวางของแถบสว
างกลาง
= 2x
้
่
ความกวางสลิ
ตเพิม
่ แถบสวางกลางจะแคบลง
้
่
ปรากฏการณเลี
้ วเบนของแสงโดยสลิตเดีย
่ วจะเกิดพรอมกั
บการแท
์ ย
้
Physics3 s32203 light
light2
ตัวอยาง
1 เมือ
่ ให้แสงความยาวคลืน
่ 450 นา
่
โนเมตร ผานสลิ
ตเดีย
่ ว ปรากฏวาแถบมื
ดแถบ
่
่
แรกทามุม 30 องศากับแนวกลาง ความกวาง
้
ของ
สลิต มีคาเท
(900 nm)
่ าใด
่
Physics3 s32203 light
light2
ตัวอยาง
2 แสงเลเซอรความยาวคลื
น
่ 630 นา
่
์
โนเมตรฉายผานสลิ
ตเดีย
่ ว ปรากฏวาบนฉากที
่
่
่
ห่างจากสลิต 3 เมตร เป็ นแถบสวางหลายแถบ
่
ระยะระหวางจุ
ดมืด 2 ข้างของแถบสวางที
ก
่ วาง
่
่
้
ทีส
่ ุดเป็ น 1.5 เซนติเมตร สลิตนี้กวางเท
าใด
้
่
(252 𝝁m)
Physics3 s32203 light
light2
ตัวอยาง
3 แสงสี เหลืองความยาวคลืน
่ 590 นา
่
โนเมตร เป็ นลาขนานฉายผานสลิ
ตเดีย
่ ว กว้าง
่
250 ไมโครเมตร ความกวางของแถบสว
างกลาง
้
่
ทีต
่ กบนฉากทีห
่ างออกไปที
ร่ ะยะ 50 เซนติเมตร
่
จะเป็ นเทาใด
(2.36 mm)
่
Physics3 s32203 light
light2
เกรตติง (Grating)
เกรตติง คือ อุปกรณ์ ทีใ่ ช้ในการตรวจสอบส
เปรคของแสงและหาความยาวคลืน
่ แสง โดยอาศัย
คุณสมบัตก
ิ ารแทรกสอดของคลืน
่ ลักษณะของ
เกรตติง จะเป็ นแผนวั
่ ก
ู แบงออกเป็
น
่ สดุบางทีถ
่
ช่องขนานซึง่ อยูชิ
่ ดกันมาก โดยทัว่ ไปใน 1
เซนติเมตร แบงออกเป็
น 10,000 ช่อง
่
Physics3 s32203 light
เมือ
่ ให้แสงขาวผานเกรตติ
ง
่
light2
Physics3 s32203 light
light2
เมือ
่ ให้แสงขาวผานเกรตติ
ง
่
1
เมื่อ 𝑑 = ช่อง/เมตร
d𝒔𝒊𝒏𝜽 =
= 𝒏𝝀
𝑁
10−1
เมือ
่ n = แถบสวางที
่
1,
2,
3,
...
่
𝑑=
ช่อง/เดซิเมตร
𝑁
d = ระยะหางระหว
างช
่
่
่ อง
10−2
แถบสวางทั
ง้ หมด = 2n+1 𝑑 = 𝑁 ช่อง/เซนติเมตร
่
𝒅𝑿
𝑫
แถบสเปกตรัมทัง้ หมด = 2n
Physics3 s32203 light
light2
ตัวอยาง
1 เกรตติงชนิด 10,000 เส้นตอ
่
่
เซนติเมตร ถ้าฉายแสงตกตัง้ ฉากกับเกรตติง
แถบสวางที
เ่ กิดขึน
้ แถบแรกบนจอ อยูห
่
่ ่างจาก
แนวกลางเป็ นมุม 30 องศา แสงสี นี้มค
ี วามยาว
คลืน
่ เทาใด
(500nm)
่
Physics3 s32203 light
light2
ตัวอยาง
2 กาหนดเกรตติงมี 5000 เส้นตอ
่
่
เซนติเมตร จะเกิดสเปคตรัมแถบสี เต็มชุดกีช
่ ุด
กาหนดวาตาเห็
่ 400นแสงในช่องความยาวคลืน
่
700 นาโนเมตร (4 ชุด)
**การมองเห็ น Spectrum ไดครบชุ
ดแสดงวา่
้
จะต้องเห็ นแสงสี แดง(700nm)
Physics3 s32203 light
light2
ตัวอยาง
3 ให้แสงสี เดียวความยาวคลืน
่ 600 นา
่
โนเมตร ผานเกรตติ
งทีม
่ จ
ี านวนเส้น 5,000เส้น/
่
เซนติเมตร จงหาจานวนแถบสวางทั
ง้ หมดที่
่
เป็ นไปได้ (7 แถบ)
Physics3 s32203 light
light2
ตัวอยาง
4 แสงความยาวคลืน
่ 500 นาโนเมตร
่
พุงผ
ง พบวาแถบสว
างที
่ 4 ทามุมกับ
่ านเกรตติ
่
่
่
แถบสวางกลาง
30 องศา จงหาจานวนช่อง/
่
เซนติเมตร (2,500 ช่อง/เซนติเมตร)
Physics3 s32203 light
light2
𝟏𝟒
ตัวอยาง
5
ฉายแสงที
ม
่
ค
ี
วามถี
่
𝟔
×
𝟏𝟎
่
เฮิรตซ ์ ผานเกรตติ
งไปตกบนฉากทีห
่ างจากเกรต
่
่
ติง 1.0 เมตร ปรากฏวาแถบสว
างที
่ 2 ทามุม
่
่
53 องศา นับจากศูนยกลางของแถบสว
างกลาง
์
่
เกรตติงทีใ่ ช้มีจานวนช่องกีช
่ ่ อง/มิลลิเมตร(800
ช่อง/มิลลิเมตร)
Physics3 s32203 light
light2
การกระเจิงของแสง
การกระเจิงของแสง (Scattering) คือ
ปรากฏการณที
่ สงกระจัดกระจายไปโดยรอบ
์ แ
เมือ
่ แสงเดินผานผ
านโมเลกุ
ลตาง
ๆ โดยแสงทีม
่ ี
่
่
่
ความยาวคลืน
่ น้อยจะสามารถกระเจิงแสงไดดี
้ กวา่
แสงทีม
่ ค
ี วามยาวคลืน
่ สูง
ท้องฟ้าเวลากลางวัน
ท้องฟ้ารุงเช
่ ้าและยามเย็น