Observarea fenomenelor de interferență și difracție a luminii

• generaliza cunoștințe pe tema "Interferența și difracția luminii";
• continuarea dezvoltării abilităților și abilităților experimentale ale studenților;
• aplica cunostinte teoretice pentru a explica fenomenele naturii;
• pentru a promova formarea interesului în fizică și procesul de cunoaștere științifică;
• ajuta la extinderea perspectivelor studenților, dezvoltă abilitatea de a trage concluzii din rezultatele experimentului.

• o lampă cu filament direct (una pentru fiecare clasă);
• inel de sârmă cu mâner (numere de lucru 1, 2);
• un pahar cu o soluție de săpun (lucrări nr. 1,2);
• plăci de sticlă (40 x 60 mm) 2 bucăți per set (numărul de lucru 3) (echipament de uz casnic);
• caliper (numărul de lucru 4);
• cârpă Kapron (100 x 100 mm, echipament de casă, număr de lucru 5);
• înregistrări gramofonice (4 și 8 curse pe 1 mm, numărul de lucru 6);
• discuri compacte (numărul de lucru 6);
• fotografii de insecte și păsări (locul de muncă numărul 7).

I. Actualizarea cunoștințelor pe tema "Interferența luminii" (repetarea materialului studiat).

Profesor. Înainte de a efectua sarcinile experimentale, repetăm ​​materialul principal.

Ce fenomen se numește fenomenul de interferență?

Pentru care valuri este fenomenul de interferență?

Definiți valurile coerente.

Notați condițiile de maximă și minimă de interferență.

Este observată legea conservării energiei în fenomenele de interferență?

Elevii (răspunsuri sugerate):

- Interferența - un fenomen caracteristic valurilor de orice natură: mecanic, electromagnetic. "Interferența undelor este adăugarea a două (sau mai multe) valuri în spațiu, în care amplificarea sau slăbirea valului rezultat se obține în diferite puncte". [8, p.223]

- Sunt necesare surse de undă coerente (potrivite) pentru a forma un model de interferență stabil.

- Undele coerente sunt numite având aceeași frecvență și o diferență constantă de fază.

- Pe tablă, elevii înregistrează condițiile pentru maxime și minime.

Amplitudinea deplasării rezultate în punctul C depinde de diferența dintre traiectoria undelor la o distanță d2 - d1.

figura 1 [7] - condițiile maximelor

figura 2 [7] - condiții minime

unde k = 0; ± 1; ± 2; ± 3; ...

(diferența în cursul valurilor este egală cu un număr par de semnale)

Valurile din sursele S1 și S2 vor ajunge la punctul C în aceleași faze și se vor "amplifica reciproc".

A = 2Xmax este amplitudinea valului rezultat.

unde k = 0; ± 1; ± 2; ± 3; ...

(diferența în cursul valurilor este egală cu un număr impar de jumătăți de valuri)

Valurile de la sursele S1 și S2 vor ajunge la punctul C în antifază și se vor "anula reciproc".

A = 0 este amplitudinea valului rezultat.

Modelul de interferență este o alternanță obișnuită a zonelor de intensitate mică și redusă a luminii.

- Interferența redistribuirii în spațiu a energiei radiației luminoase atunci când două sau mai multe unde luminoase sunt suprapuse.

În consecință, în fenomenele de interferență și difracție a luminii se respectă legea conservării energiei. În domeniul interferențelor, energia luminii este redistribuită doar fără a se schimba în alte tipuri de energie. creșterea energiei la anumite puncte ale model de interferență în raport cu energia luminoasă totală este compensată de o scădere în alte puncte ale sale (energia totală a luminii - aceasta este energia luminoasă a două fascicule de lumină din surse independente).

Barele de lumină corespund maximelor de energie, benzile întunecate corespund minime.

Profesor. Să trecem la partea practică a lecției.

Lucrări experimentale №1

"Observarea fenomenului de interferență a luminii pe un film de săpun".

Echipamente: ochelari cu soluție de săpun, inele de sârmă cu mâner cu diametrul de 30 mm. (vezi figura 3)

Elevii observă interferența într-o clasă întunecată pe un film de săpun plat sub iluminare monocromatică.

Pe inelul de sârmă obținem un film de săpun și îl așezăm pe verticală.

Observăm benzi orizontale ușoare și întunecate, variind în lățime pe măsură ce grosimea filmului se schimbă (a se vedea figura 4).

Explicație. Apariția benzilor luminoase și întunecate se explică prin interferența undelor luminoase reflectate de pe suprafața filmului. triunghi d = 2h

Diferența în calea undelor luminoase este egală cu dublul grosimii filmului.

Cu un aranjament vertical, filmul are o formă de pană. Diferența dintre traiectoria undelor luminoase în partea superioară a acesteia va fi mai mică decât în ​​partea inferioară. În acele locuri ale filmului, unde diferența dintre traseu este egală cu un număr par de jumătăți de undă, se observă benzi strălucitoare. Și pentru un număr impar de jumătăți de valuri, există benzi strălucitoare. Aranjamentul orizontal al benzilor este explicat prin dispunerea orizontală a liniilor de grosime egală a peliculei [9].

4. Aprinde filmul de săpun cu lumină albă (de la lampă).

5. Observăm colorarea benzilor de lumină în culori spectrale: în partea de sus - albastru, în partea de jos - roșie.

Explicație. Această colorare este explicată de dependența poziției benzilor luminoase de lungimile de undă ale culorii incidente.

6. Observăm, de asemenea, că benzile, care se extind și își mențin forma, se mișcă în jos.

Explicație. Acest lucru se datorează scăderii grosimii filmului, deoarece soluția de săpun se scurge sub acțiunea gravitației.

Lucrare experimentală numărul 2

"Observarea interferenței luminii pe un balon de săpun".

1. Studenții suflă bule (vezi Figura 5).

2. Observăm formarea inelelor de interferență colorate în culori spectrale pe părțile superioare și inferioare. Marginea superioară a fiecărui inel de lumină este albastră, marginea inferioară este roșie. Pe măsură ce grosimea filmului scade, inelele se extind și se deplasează încet în jos. Forma lor inelară este explicată prin forma inelară a liniilor de grosime egală [9].

Lucrarea experimentală numărul 3.

"Observarea interferenței luminii pe un film cu aer"

Elevii desenează foile de sticlă curate și strânge degetele împreună (a se vedea figura 6).

Plăcile sunt văzute în lumină reflectată pe fundalul întunecat.

Observăm, în unele locuri, benzi strălucitoare, inele irizante sau închise.

Schimbați presiunea și respectați modificarea aranjamentului și a formei benzilor.

Profesor: Observațiile din această lucrare sunt de natură individuală. Desenați un model de interferență pe care îl observați.

Explicație: Suprafețele plăcilor nu pot fi perfect uniforme, astfel încât acestea ating doar câteva locuri. În jurul acestor locuri sunt formate cele mai bune pene de aer de diferite forme, oferind o imagine de interferență. (Figura 7).

În lumina transmisă, condiția maximă 2h = kl

Profesor: fenomenul de interferență și polarizare în construcții și inginerie inginerie este folosit pentru a studia stresul care apare în unități individuale de structuri și mașini. Metoda de investigare este numită fotoelastică. De exemplu, în modelul de uniformitatea parte deformare sticla organica este rupt [7] model de interferență .Harakter reflectă tensiunile interne din partea (risunok№ 8).

II. Actualizarea cunoștințelor pe tema "Difracția luminii" (repetarea materialului studiat).

Profesor. Înainte de a face a doua parte a lucrării, vom repeta materialul principal.

Ce fenomen se numește fenomenul de difracție?

Condiția pentru manifestarea difracției.

Spectrul de difracție, tipurile și proprietățile de bază.

Condiția de observare a maximului de difracție.

De ce este culoarea violet mai aproape de centrul modelului de interferență?

Elevii (răspunsuri sugerate):

Difracția este fenomenul de deformare a undelor de la propagarea rectilinie atunci când trece prin găuri mici și înfășoară mici obstacole printr-un val.

Starea de manifestare a difracției: d<. где d – размер препятствия, - длина волны. Размеры препятствий (отверстий) должны быть меньше или соизмеримы с длиной волны. Существование этого явления (дифракции) ограничивает область применения законов геометрической оптики и является причиной предела разрешающей способности оптических приборов.

Stratul de difracție este un dispozitiv optic care este o structură periodică a unui număr mare de elemente localizate regulat, pe care are loc difracția luminii [8]. Panourile cu profil constant și constant pentru grila de difracție dată se repetă în același interval d (perioadă de zăbrele). Capacitatea unei grătare de difracție de a răspândi un fascicul de lumină care apare pe ea de-a lungul lungimilor de undă este proprietatea sa principală. Distingați grilele de difracție reflectorizante și transparente. În dispozitivele moderne sunt folosite în principal grile de difracție reflectorizante.

Condiția de observație pentru maximul de difracție este:

Lucrări experimentale № 4.

"Observarea difracției luminii pe o fantă îngustă"

Echipament: (vezi desenul nr. 9)

1. Deplasăm cursorul calotei pentru a forma o fantă de 0,5 mm între buze.
2. Am atașat partea înclinată a fălcilor aproape de ochi (poziționarea gâtului pe verticală).
3. Prin acest slot ne uităm la firul aranjat vertical al lămpii de ardere.
4. Observați fâșii irizante paralele cu acestea pe ambele părți ale filamentului.
5. Schimbați lățimea spațiului în intervalul 0,05 - 0,8 mm. Când se deplasează la fante mai înguste, barele se deplasează. devin mai largi și formează spectre distincte. Când se observă prin decalajul cel mai larg, benzile sunt foarte înguste și apropiate. [9]
6. Elevii schițează în notebook imaginea pe care o vedeau.

Lucrarea experimentală numărul 5.

"Observarea difracției luminii pe țesutul Kapron".

Echipamente: o lampă cu filament drept, o țesătură Kapron de dimensiune 100x100 mm (Figura 10)

1. Ne uităm prin țesătura de nylon pe firul lămpii de ardere.
2. Observăm o "cruce de difracție" (o imagine în formă de două traverse la unghiuri drepte ale benzilor de difracție). [9]
3. Elevii desenează în notebook imaginea pe care au văzut-o (cruce de difracție).

Explicație. În centrul crustei, este vizibil un maxim de difracție de alb. Pentru k = 0, diferența de traiectorie este zero, deci maximul central este alb.

Crucea este obținută deoarece firele de țesătură sunt două grătare de difracție stivuite, cu fante perpendiculare reciproc. Apariția culorilor spectrale se explică prin faptul că lumina albă este formată din valuri de diferite lungimi. Maximul de difracție al luminii pentru diferite valuri se obține în locuri diferite. [9]

Lucrări experimentale № 6.

"Observarea difracției luminii pe un fonograf și pe un disc cu laser".

Echipamente: o lampă cu filament direct, o înregistrare gramofonică (a se vedea figura 11)

1. Plasăm fonograful astfel încât canelurile să fie amplasate paralel cu filamentul lămpii și să observe difracția în lumina reflectată.
2. Observăm spectrele de difracție strălucitoare ale mai multor ordine.

Explicație. Luminozitatea spectrelor de difracție depinde de frecvența canelurilor aplicate fonografului și de amploarea unghiului de incidență al razelor. (vezi Figura 12)

Razele aproape paralele incidente de filamentului sunt reflectate de protuberanțe adiacente dintre caneluri de la punctele A și B. fasciculele reflectată la un unghi egal cu unghiul de incidență pentru a forma imaginea filamentului lămpii ca o linie albă. Razele reflectate în alte unghiuri au o anumită diferență de traseu, ca urmare a adăugării valurilor.

În mod similar, observăm difracția pe un disc cu laser. (vezi figura 13)

Suprafața unui disc compact este o pistă spirală cu un pas comensurabil cu lungimea de undă a luminii vizibile. Fenomenele de difracție și interferență apar pe o suprafață bine structurată. Blitzurile CD-urilor sunt colorate în culorile curcubeului.

Lucrarea experimentală numărul 7.

"Observarea colorării difracției insectelor din fotografii".

Echipamente. (vezi figurile 14, 15, 16)

Profesor. Colorarea prin difracție a păsărilor, fluturilor și gândacilor este foarte frecventă. O mare varietate de culori în nuanțe de difracție caracteristice de pauni, fazani, berze negre, colibri, fluturi. Culoarea de difracție a animalelor a fost studiată nu numai prin biologie și fizică [1].

Elevii se uită la fotografii.

Explicație. Suprafața exterioară a penajului păsărilor și multe molii și gândaci acopere partea superioară a corpului este caracterizat prin elemente de structură regulată repetiție preiod cu unul până la câțiva microni, formând o rețea de difracție [1]. De exemplu, structura găurile centrale ale păun coada poate fi văzut în figura numărul 14. Culoarea ochilor variază în zavisimaosti cu privire la modul luminii incidente, unghiul la care ne uităm la ele. [1]

1. Ce este lumina?
2. Cine a dovedit că lumina este un val electromagnetic?
3. Care este viteza luminii într-un vid?
4. Cine a descoperit interferența luminii?
5. Ce explică colorarea iridescentă a filmelor subțiri de interferență?
6. Pot interfera undele luminoase provenite de la două lămpi electrice incandescente? De ce?
7. De ce stratul gros de ulei nu are o culoare irizantă?
8. Poziția principalelor maxime de difracție depinde de numărul de fante de zăbrele?
9. De ce se schimbă mereu culoarea vizibilă irizată a filmului de săpun?

Temă (pe grupuri, luând în considerare caracteristicile individuale ale studenților).

- Pregătiți un raport despre "Paradisul Vavilov".

- Faceți puzzle-uri cu cuvinte cheie "interferențe", "difracție".

Articole similare

• Metodă pentru studierea interferenței luminii

Trimiteți-le prietenilor: