金门地区第54届中小学科学展览会作品说明书-金门科学展览管理.PDFVIP

金門地區第 54屆中小學科學展覽會 作品說明書 科 別： 物理科 組 別：國中組 作品名稱： 左轉右轉談光的繞射現象- 關 鍵詞： 繞射 、狹縫干涉 、光柵 （最多3個） 編 號： 製作說明： 1.說明書封面僅寫科別、組別、作品名稱及關鍵詞。 2.編號由 本縣科學展覽會承辦單位統一編列。 3.封面編排由參展作者自行設計。 左轉右轉 談光的繞射現象- 摘要 繞射是一種光的特殊物理現象，使光線 打破「光以直線前進」的理論 ，當光 通過狹縫時便會產生此現象，形成光譜。在光譜上可看到亮、暗兩種區域交叉排 列，這是由於 光波的建設性干涉及破壞性干涉的緣故。本作品深入探討繞射原理， 了解其產生原因及運算公式。藉由參閱相關研究，從文獻內容中更進一步加深對 繞射的認知，並且為改善傳統實驗方式因測量準確度不夠，而導致實驗結果誤差 甚大的缺點，利用現有的實驗室材料，設計出簡單且方便測量的實驗，使實驗結 果更加精準。此外，繞射在現今也有著多元的應用，我們也經由翻閱各項有關繞 射應用之研究，得知這些應用的方法及當中的原理，對於繞射也能更深刻的認 識。 壹、研究動機 有一次課堂上要做光的折射的實驗，實驗器材裡有雷射筆，我們當中的一個 人拿著雷射筆，剛好將雷射光照進兩張桌子之間的狹小縫隙，結果發現不僅狹縫 下的地板有光，竟然連四周的地板也有了些許的光紋 。在八上的自然課程中學到 了光是以直線前進的，所以我們對這個情況感到非常不解。在追問老師後，才得 知這種現象名叫「光的繞射」，也引起了我們對光的繞射的興趣。 貳、 研究目的 一 、甚麼是繞射現象 ？ 二 、目前有關繞射的相關研究。 三 、如何設計一個簡單的繞射實驗 。 1 四 、繞射的相關應用 。 參、研究設備及器材 紅色雷射光(620-640nm) 、天文用尋星鏡 、凸透鏡、游標尺、支架觀察屏、、 長尺 、試管夾、錐形瓶、黏土、三腳架。 肆 、研究過程及方法與研究結果 一、實驗ㄧ (一)目的：甚麼是繞射 現象 ？ (二)原理： 繞射是波遇到障礙物時 ，偏離原來傳播路徑的物理現象。將一個障 礙物放在光源與觀察屏之間，會有 亮紋區域及暗紋 區域出現於觀察屏上， 這個現象就稱作為繞射。在適當情況下，任何波都具有繞射的 物理性質。 然而，在不同情況中，波發生繞射的程度也會有所不同。如果障礙物具 有多個密集分布的孔隙，就會造成較為複雜的繞射強度分布圖樣。這是 因為波的不同部分以不同的路徑傳播到觀察者的位置，發生波疊加 而形 成的現象。 (三單狹縫) 繞射： 單狹縫繞射意示圖，如圖 (1) ： 2 單狹縫繞射的公式為 sin = λ 單狹縫繞射中，假若分別來自它們的次光波在觀察屏給定點的相對 相位為 2π ，則這兩個次光波會干涉相長；而假若分別來自它們的次光波 在觀察屏給定點的相對相位為 π，則這兩個次光波會干涉相消，從這概念， 可以找到繞射 光強的極大值或極小值。在繞射圖樣中，它們分別表現為 明暗條紋。 當狹縫寬度越小，則 min,1會越大，觀察屏上第一級暗紋離中 央也越遠；當狹縫寬度等於光波波長時 ， min,1 = π/2 ，這時在觀察屏上再也找不到第一 級暗紋，整個觀察屏都被明紋覆蓋了。因此 只有當狹縫寬度大於光波波長時，才能夠形 成繞射圖形 。但如果寬度太大，則光就會以 直線通過而不會產生繞射。 (四)光柵繞射： 光柵繞射意示圖，如圖(2) ： 光柵繞射的公式為 (sinm+sini )= λ