مختبر الفيزياء

مختبر الفيزياء

تداخل الضوء بواسطة الشق المزدوج

Double-Slit Interference of Light

يسلك الضوء أحيانًا سلوك الموجة؛ فعندما يسقط ضوء مترابط على شقين قريبين جدًا أحدهما إلى الآخر، يكون الضوء النافذ خلال الشقين نمطًا من التداخل البناء والتداخل الهدام على شاشة.

وفي هذا الاستقصاء ستطور إجراءات وخطوات قياس الطول الموجي لمصدر ضوء أحادي اللون باستخدام شقين.

سؤال التجربة

كيف يمكن استخدام نمط تداخل الشق المزدوج في قياس الطول الموجي للضوء الأحادي؟

الأهداف

• تلاحظ نمط التداخل للشق المزدوج لضوء أحادي اللون.
• تحسب الطول الموجي للضوء مستخدمًا نمط التداخل للشق المزدوج.

احتياطات السلامة

• استخدم واقي العين من أشعة الليزر.
• لا تنظر مباشرة إلى ضوء الليزر.

المواد والأدوات

| المواد والأدوات |
| ------------------------------------------------- |
| مؤشر ليزر أو مصدر لأشعة الليزر لاختباره |
| شق مزدوج |
| مؤشر ليزر أو مصدر لأشعة الليزر معلوم الطول الموجي |
| مشبك غسيل لحمل مؤشر الليزر |
| كرة صلصال لتثبيت لوحة الشق المزدوج |
| مسطرة مترية |

الصورة التابعة لهذه الفقرة:
مختبر_الفيزياء_تداخل_الضوء_بالشق_المزدوج_الأدوات.png

الخطوات

1

حدد المعادلة التي تطبق على تداخل الشق المزدوج.

2

استخدم شقًا مزدوجًا على أن تكون المسافة الفاصلة بين الشقين معلومة d، أو طور طريقة لتحديد d.

3

وضح بالرسم التخطيطي كيف ينفذ الضوء خلال شق مزدوج؛ لكي يساعدك ذلك على تحديد كيفية قياس كل من x و L.

4

استخدم الرسم من الخطوة 3 وقائمة المواد والأدوات المذكورة في هذه التجربة، ثم صمم التجربة، وسجل خطوات تنفيذها.

5

حدد قيم m غير الصحيحة بالنسبة للمعادلة.

6

تحذير: النظر مباشرة إلى أشعة الليزر يلحق الأذى بعينيك.

7

تأكد من أن معلمك قد تفحص تجربتك، كما يتعين عليك الحصول على موافقته قبل بدء تنفيذ التصميم.

8

نفذ تجربتك، وسجل بياناتك في جدول بيانات مماثل للجدول الموجود في الصفحة الآتية.

جدول البيانات

الصورة التابعة لهذه الفقرة:
مختبر_الفيزياء_جدول_بيانات_تداخل_الشق_المزدوج.png

| المصدر | اللون | λ المقبولة (m) | d (m) | m | x (m) | L (m) |
| ------ | ----- | -------------- | ----- | -: | ----- | ----- |
| | | | | 1 | | |
| | | | | 2 | | |
| | | | | 3 | | |
| | | | | 4 | | |
| | | | | 5 | | |

التحليل

1

اضبط المسافة بين الشقين والشاشة. هل توجد مسافة معينة تسمح لك بجمع معظم البيانات بدقة كبيرة؟

2

احسب الطول الموجي λ لمصدر الضوء مستخدمًا m وقياسات كل من x و d و L.

3. تحليل الخطأ

قارن بين الطول الموجي الذي حسبته والقيمة المقبولة، وذلك بحساب النسبة المئوية للخطأ.

الاستنتاج والتطبيق

1. استخلص

هل مكنتك الخطوات التي نفذتها من استخدام نمط التداخل للشق المزدوج لحساب الطول الموجي للضوء؟ وضح إجابتك.

2. قدر

ما النتائج التي ستحصل عليها إذا استخدمت لوحة تكون فيها المسافة الفاصلة d بين الشقين أقل، مقارنة بالحالة الأولى، وأجريت التجربة مرة أخرى وبالطريقة نفسها تمامًا؟

3. استنتج

ما التغيرات التي تطرأ على ملاحظاتك إذا استخدمت ضوءًا أخضر، وكانت لوحة الشق المزدوج هي نفسها التي استخدمتها سابقًا، والمسافة بين الشقين والشاشة هي نفسها كذلك؟

التوسع في البحث

1. استخدام التفسير العلمي

صف لماذا يخفت نمط التداخل للشق المزدوج، ثم يسطع، ثم يخفت، كلما ازداد البعد عن مركز النمط؟

2. تحليل الخطأ

صف بعض الأمور التي يمكنك تنفيذها في المستقبل لتقليل الخطأ المنهجي في تجربتك.

3. قوم

افحص أداة القياس التي استخدمتها، وحدد أي الأدوات قللت من دقة حساباتك؟ وأيها حققت لك دقة أكبر؟

4. تقنيات المختبر

كيف يمكنك أن تعدل في إعدادات التجربة لكي تستخدم ضوءًا أبيض من مصباح كهربائي عادي لتوليد نمط تداخل الشق المزدوج؟

الفيزياء في الحياة

1

إذا سقط ضوء أبيض على شقوق باب شبكي يمنع دخول الحشرات فلماذا لا يرى نمط تداخل في ظل الباب على الجدار؟

2

إذا كان جميع الضوء الذي ينير العالم مترابطًا، فهل ستبدو الأشياء مختلفة؟ وضح ذلك.

كيف يعمل الهولوغرافي

How it works Holography.

الصورة التابعة لهذه الفقرة:
كيف_يعمل_الهولوغرافي_تسجيل_وإعادة_بناء_الصورة.png

يعد الهولوغرافي أحد أشكال التصوير الفوتوغرافي الذي يعطي صورة ثلاثية الأبعاد. لقد صنع دينس جابور أول جهاز هولوغرام عام 1947، وبقي التصوير الهولوغرافي غير عملي إلى أن اخترع ليزر الغاز عام 1960.

ويستخدم الهولوغرام في بطاقات الاعتماد البنكية للمساعدة على منع عمليات التزييف، ويمكن أن يستخدم مستقبلًا في تخزين بيانات فائقة الكثافة.

فكيف يصنع الهولوغرام؟

خطوات عمل الهولوغرافي

1

تسقط أشعة الليزر على مرآة شبه شفافة تعرف باسم مفرق حزمة الأشعة. وتكون هذه المرآة حزمتين من الأشعة المترابطة.

2

توجه حزمتا الأشعة المرجعية وأشعة الجسم بواسطة مرايا، ويتباعد بعضها عن بعض باستخدام العدسات.

3

يتشتت الضوء نتيجة انعكاسه عن الجسم، العدسة الكمثرى في هذه الحالة، ويتداخل مع حزمة الأشعة المرجعية. ويسجل نمط التداخل الناتج من حزمتي الأشعة في لوحة العرض الهولوغرافية.

4

عندما يوضع فيلم شفاف للوحة الأفلام المتطورة في مسار حزمة أشعة الليزر المتباعدة يكون الضوء المار خلال الفيلم صورة خيالية ثلاثية الأبعاد للجسم الأصلي بحزم ألوان قوس المطر.

5

يشاهد الشخص الصورة كما لو كان يشاهد الجسم الأصلي من خلال نافذة؛ فإذا حرك الشخص رأسه تغير المنظر.

التفكير الناقد

1. استنتج

يسجل الهولوغرام نمطًا معقدًا لأهداب التداخل البناء والتداخل الهدام. فلماذا تفترض أن الحصول على نتائج جيدة يتطلب سطح اهتزاز معزولًا؟

2. استخدام التوضيح العلمي

حدد أين تحدث الخصائص الموجية الآتية في الرسوم البيانية، ووضحها:

• الانعكاس.
• الانكسار.
• التداخل.