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Beobachtung von Interferenz und Beugung von Lichtlaborschluss. Fotobericht „Beobachtung von Interferenz und Beugung von Licht zu Hause

Laborarbeit Nr. 11. Beobachtung des Phänomens der Interferenz und Beugung von Licht.
Der Zweck der Arbeit: das Phänomen der Interferenz und Beugung von Licht experimentell zu untersuchen, die Bedingungen für das Auftreten dieser Phänomene und die Art der Verteilung der Lichtenergie im Raum zu identifizieren.
Ausrüstung: eine elektrische Lampe mit geradem Glühfaden (eine pro Klasse), zwei Glasplatten, ein PVC-Rohr, ein Glas mit Seifenlösung, ein Drahtring mit einem Griff mit einem Durchmesser von 30 mm, eine Klinge, ein Papierstreifen ¼ Blatt, Nylongewebe 5x5 cm, ein Beugungsgitter, Lichtfilter .

Kurze Theorie
Interferenz und Beugung sind Phänomene, die für Wellen jeglicher Art charakteristisch sind: mechanisch, elektromagnetisch. Welleninterferenz ist die Addition von zwei (oder mehreren) Wellen im Raum, bei der an ihren verschiedenen Stellen eine Verstärkung oder Abschwächung der resultierenden Welle erzielt wird. Interferenzen werden beobachtet, wenn sich Wellen überlagern, die von derselben Lichtquelle ausgesandt werden und auf unterschiedliche Weise zu einem bestimmten Punkt gelangt sind. Für die Bildung eines stabilen Interferenzmusters werden kohärente Wellen benötigt – Wellen, die die gleiche Frequenz und eine konstante Phasendifferenz haben. Kohärente Wellen erhält man auf dünnen Filmen aus Oxiden, Fett, auf einem Luftspalt zwischen zwei gegeneinander gepressten durchsichtigen Gläsern.
Die Amplitude der resultierenden Verschiebung am Punkt C hängt von der Wegdifferenz der Wellen im Abstand d2 – d1 ab.
[ Laden Sie die Datei herunter, um das Bild anzuzeigen ] Maximum-(Schwingungsverstärkung)-Bedingung: Die Differenz im Weg der Wellen ist gleich einer geraden Anzahl von Halbwellen
wobei k = 0; ± 1; ±2; ± 3;
[ Laden Sie die Datei herunter, um das Bild anzuzeigen ] Wellen von den Quellen A und B kommen in den gleichen Phasen zu Punkt C und „verstärken sich gegenseitig.
Wenn der Gangunterschied gleich einer ungeraden Anzahl von Halbwellen ist, schwächen sich die Wellen gegenseitig ab und es wird ein Minimum am Punkt ihres Zusammentreffens beobachtet.

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Wenn Licht interferiert, kommt es zu einer räumlichen Umverteilung der Energie von Lichtwellen.
Beugung ist das Phänomen der Wellenabweichung von der geradlinigen Ausbreitung, wenn die Welle durch kleine Löcher geht und kleine Hindernisse rundet.
Die Beugung wird durch das Huygens-Fresnel-Prinzip erklärt: Jeder Punkt des Hindernisses, der von der Welle erreicht wird, wird zu einer Quelle von kohärenten Sekundärwellen, die sich über die Ränder des Hindernisses hinaus ausbreiten und sich gegenseitig stören und ein stabiles Interferenzmuster bilden - Wechsel von Beleuchtungsmaxima und -minima, irisierend gefärbt in weißem Licht. Bedingung für die Manifestation der Beugung: Die Abmessungen der Hindernisse (Löcher) müssen kleiner oder gleich der Wellenlänge sein Beugung wird an dünnen Fäden, Kratzern auf Glas, an einem senkrechten Schnitt in einem Blatt Papier, an Wimpern beobachtet , auf Wassertropfen auf beschlagenem Glas, auf Eiskristallen in einer Wolke oder auf Glas, auf den Borsten der Chitinhülle von Insekten, auf Vogelfedern, auf CDs, Packpapier., Auf einem Beugungsgitter.,
Ein Beugungsgitter ist ein optisches Gerät, das eine periodische Struktur aus einer großen Anzahl regelmäßig angeordneter Elemente ist, an denen Licht gebeugt wird. Striche mit einem für ein gegebenes Beugungsgitter definierten und konstanten Profil werden über dasselbe Intervall d (Gitterperiode) wiederholt. Die Fähigkeit eines Beugungsgitters, einen darauf einfallenden Lichtstrahl in Wellenlängen zu zerlegen, ist seine Haupteigenschaft. Es gibt reflektierende und transparente Beugungsgitter. In modernen Geräten werden hauptsächlich reflektive Beugungsgitter verwendet.

Fortschritt:
Aufgabe 1. A) Beobachtung der Interferenz an einem dünnen Film:
Erfahrung 1. Tauchen Sie den Drahtring in die Seifenlösung. Auf dem Drahtring bildet sich ein Seifenfilm.
Positionieren Sie es vertikal. Wir beobachten helle und dunkle horizontale Streifen, die sich in Breite und Farbe ändern, wenn sich die Filmdicke ändert. Untersuchen Sie das Bild durch einen Lichtfilter.
Schreiben Sie auf, wie viele Banden beobachtet werden und wie sich die Farben darin abwechseln?
Erfahrung 2. Blasen Sie mit einem PVC-Rohr eine Seifenblase und untersuchen Sie sie sorgfältig. Beobachten Sie bei Beleuchtung mit weißem Licht die Bildung von Interferenzflecken, die in Spektralfarben gemalt sind.Untersuchen Sie das Bild durch einen Lichtfilter.
Welche Farben sind in der Blase sichtbar und wie wechseln sie sich von oben nach unten ab?
B) Beobachtung von Interferenzen am Luftkeil:
Erlebnis 3. Zwei Glasplatten vorsichtig abwischen, zusammensetzen und mit den Fingern zusammendrücken. Aufgrund der nicht idealen Form der Kontaktflächen bilden sich zwischen den Platten die dünnsten Luftporen - dies sind Luftkeile, an denen Interferenzen auftreten. Ändert sich die Kraft, die die Platten zusammendrückt, ändert sich die Dicke des Luftkeils, was zu einer Änderung der Lage und Form der Interferenzmaxima und -minima führt Anschließend das Bild durch einen Lichtfilter untersuchen.
Zeichnen Sie, was Sie in weißem Licht sehen und was Sie durch einen Filter sehen.

Schlussfolgerung: Warum es zu Interferenzen kommt, wie erklärt sich die Farbe der Maxima im Interferenzmuster, die die Helligkeit und Farbe des Bildes beeinflussen?

Aufgabe 2. Beobachtung der Lichtbeugung.
Erfahrung 4. Mit einer Klinge schneiden wir einen Schlitz in ein Blatt Papier, legen das Papier an unsere Augen und schauen durch den Schlitz auf die Lichtquelle-Lampe. Wir beobachten die Maxima und Minima der Beleuchtung und untersuchen dann das Bild durch einen Lichtfilter.
Skizzieren Sie das Beugungsmuster, das in weißem Licht und in monochromatischem Licht zu sehen ist.
Indem wir das Papier verformen, verringern wir die Breite des Schlitzes, wir beobachten Beugung.
Erfahrung 5. Betrachten Sie eine Lichtquelle-Lampe durch ein Beugungsgitter.
Wie hat sich das Beugungsmuster verändert?
Erleben Sie 6. Schauen Sie durch das Nylongewebe auf den Faden einer leuchtenden Lampe. Erzielen Sie durch Drehen des Gewebes um die Achse ein klares Beugungsmuster in Form von zwei rechtwinklig gekreuzten Beugungsbändern.
Skizzieren Sie das beobachtete Beugungskreuz. Erklären Sie dieses Phänomen.
Ziehen Sie eine Schlussfolgerung: warum Beugung auftritt, wie sich die Farbe der Maxima im Beugungsmuster erklären lässt, was die Helligkeit und Farbe des Bildes beeinflusst.
Kontrollfragen:
Was haben das Phänomen der Interferenz und das Phänomen der Beugung gemeinsam?
Welche Wellen können ein stabiles Interferenzmuster ergeben?
Warum gibt es auf dem Schülertisch kein Interferenzmuster von an der Decke hängenden Lampen im Klassenzimmer?

6. Wie sind die farbigen Kreise um den Mond zu erklären?

Angehängte Dokumente

Laborarbeit zum Thema : "Beobachtung von Interferenz und Beugung von Licht"

Ziel der Arbeit: untersuchen Sie experimentell das Phänomen der Interferenz und Beugung.

Ausrüstung: eine elektrische Lampe mit geradem Glühfaden, zwei Glasplatten, eine Glasröhre, ein Glas mit Seifenlösung, ein Drahtring mit einem Griff mit einem Durchmesser von 30 mm, eine CD, Nylongewebe, ein Lichtfilter.

Theorie: Interferenz ist ein Phänomen, das für Wellen jeglicher Art charakteristisch ist: mechanisch, elektromagnetisch.

Welleninterferenz – Addition im Raum von zwei (oder mehreren) Wellen, bei der an ihren verschiedenen Punkten eine Verstärkung oder Dämpfung der resultierenden Welle erzielt wird .

Typischerweise wird Interferenz bei der Überlagerung von Wellen beobachtet, die von derselben Lichtquelle ausgesandt werden und auf unterschiedliche Weise zu einem bestimmten Punkt gelangt sind. Es ist unmöglich, ein Interferenzmuster von zwei unabhängigen Quellen zu erhalten, da Moleküle oder Atome senden Licht in getrennten Wellenzügen unabhängig voneinander aus. Atome senden Fragmente von Lichtwellen (Zügen) aus, in denen die Schwingungsphasen zufällig sind. Tsugi sind etwa 1 Meter lang. Wellenzüge verschiedener Atome werden einander überlagert. Die Amplitude der resultierenden Schwingungen ändert sich chaotisch mit der Zeit so schnell, dass das Auge keine Zeit hat, diesen Bildwechsel zu fühlen. Daher sieht eine Person den Raum gleichmäßig beleuchtet. Um ein stabiles Interferenzmuster zu bilden, werden kohärente (angepasste) Wellenquellen benötigt.

kohärent werden Wellen genannt, die die gleiche Frequenz und eine konstante Phasendifferenz haben.

Die Amplitude der resultierenden Verschiebung am Punkt C hängt von der Wegdifferenz der Wellen im Abstand d2 – d1 ab.

Maximaler Zustand

, (Δd=d 2 -D 1 )

Wo k=0; ± 1; ±2; ± 3 ;…

(der Gangunterschied der Wellen ist gleich einer geraden Anzahl von Halbwellen)

Wellen von den Quellen A und B kommen in den gleichen Phasen zum Punkt C und „verstärken sich gegenseitig“.

φA = φB - Schwingungsphasen

Δφ=0 - Phasendifferenz

A=2X max

Mindestbedingung

, (Δd=d 2 -D 1 )

Wo k=0; ± 1; ±2; ± 3;…

(der Unterschied im Gang der Wellen ist gleich einer ungeraden Anzahl von Halbwellen)

Wellen von den Quellen A und B werden gegenphasig zum Punkt C kommen und "einander auslöschen".

φ A ≠φ B - Schwingungsphasen

Δφ=π - Phasendifferenz

A=0 ist die Amplitude der resultierenden Welle.

Interferenzmuster – regelmäßiger Wechsel von Bereichen mit hoher und niedriger Lichtintensität.

Lichtinterferenz - räumliche Umverteilung der Energie der Lichtstrahlung bei Überlagerung zweier oder mehrerer Lichtwellen.

Durch Beugung weicht das Licht von einer geradlinigen Ausbreitung ab (z. B. in der Nähe von Hinderniskanten).

Beugung – das Phänomen der Wellenabweichung von der geradlinigen Ausbreitung beim Durchgang durch kleine Löcher und beim Runden kleiner Hindernisse durch die Welle .

Bedingung der Beugungsmanifestation : D< λ , Wo D - die Größe des Hindernisses,λ - Wellenlänge. Die Abmessungen der Hindernisse (Löcher) müssen kleiner oder gleich der Wellenlänge sein.

Die Existenz dieses Phänomens (Beugung) schränkt den Anwendungsbereich der Gesetze der geometrischen Optik ein und ist der Grund für die begrenzte Auflösung optischer Instrumente.

Beugungsgitter - ein optisches Gerät, das eine periodische Struktur aus einer großen Anzahl regelmäßig angeordneter Elemente ist, an denen Licht gebeugt wird. Striche mit einem für ein gegebenes Beugungsgitter definierten und konstanten Profil werden in regelmäßigen Abständen wiederholtD (Gitterperiode). Die Fähigkeit eines Beugungsgitters, einen darauf einfallenden Lichtstrahl in Wellenlängen zu zerlegen, ist seine Haupteigenschaft. Es gibt reflektierende und transparente Beugungsgitter.In modernen Geräten werden hauptsächlich reflektive Beugungsgitter verwendet. .

Die Bedingung für die Beobachtung des Beugungsmaximums :

d sinφ=k λ, Wo k=0; ± 1; ±2; ± 3; D - Gitterperiode , φ - der Winkel, bei dem die Maxima beobachtet werden, und λ - Wellenlänge.

Aus der Maximalbedingung folgtsinφ=(k λ)/d .

Sei dann k=1 Sündeφ kr =λ kr /D Und Sündeφ F =λ F /D.

Es ist bekannt, dass λ kr >λ F , somit Sündeφ kr > Sündeφ F . Weil y = sinφ F - die Funktion nimmt also zuφ kr >φ F

Daher liegt die violette Farbe im Beugungsspektrum näher am Zentrum.

Bei den Phänomenen der Interferenz und Beugung von Licht wird das Energieerhaltungsgesetz beobachtet . Im Bereich der Interferenz wird Lichtenergie nur umverteilt, ohne in andere Energiearten umgewandelt zu werden. Die Energiezunahme an einigen Punkten des Interferenzmusters relativ zur Gesamtlichtenergie wird durch ihre Abnahme an anderen Punkten kompensiert (Gesamtlichtenergie ist die Lichtenergie zweier Lichtstrahlen von unabhängigen Quellen). Helle Streifen entsprechen Energiemaxima, dunkle Streifen entsprechen Energieminima.

Fortschritt:

Erfahrung 1. Tauchen Sie den Drahtring in die Seifenlösung. Auf dem Drahtring bildet sich ein Seifenfilm.

Positionieren Sie es vertikal. Wir beobachten helle und dunkle horizontale Streifen, deren Breite sich ändert, wenn sich die Filmdicke ändert.

Erläuterung. Das Auftreten heller und dunkler Streifen wird durch die Interferenz von Lichtwellen erklärt, die von der Filmoberfläche reflektiert werden. Dreieck d = 2h.Der Unterschied im Weg der Lichtwellen ist gleich der doppelten Dicke des Films. Bei senkrechter Anordnung hat die Folie eine keilförmige Form. Der Unterschied im Weg der Lichtwellen in seinem oberen Teil ist geringer als in seinem unteren Teil. An den Stellen des Films, an denen der Gangunterschied einer geraden Anzahl von Halbwellen entspricht, werden helle Streifen beobachtet. Und mit einer ungeraden Anzahl von Halbwellen - dunkle Streifen. Die horizontale Anordnung der Streifen erklärt sich durch die horizontale Anordnung von Linien gleicher Schichtdicke.

Wir beleuchten den Seifenfilm mit weißem Licht (von der Lampe). Wir beobachten die Färbung von Lichtbändern in Spektralfarben: oben - blau, unten - rot.

Erläuterung. Diese Färbung erklärt sich aus der Abhängigkeit der Position der Lichtbänder von der Wellenlänge der einfallenden Farbe.

Wir beobachten auch, dass sich die Bänder, die sich ausdehnen und ihre Form beibehalten, nach unten bewegen.

Wenn Sie Lichtfilter verwenden und mit monochromatischem Licht beleuchten, ändert sich das Interferenzmuster (der Wechsel von dunklen und hellen Bändern ändert sich)

Erläuterung. Dies ist auf eine Abnahme der Filmdicke zurückzuführen, da die Seifenlösung unter der Wirkung der Schwerkraft nach unten fließt.

Erfahrung 2. Blasen Sie mit einem Glasröhrchen eine Seifenblase und untersuchen Sie sie sorgfältig. Beobachten Sie bei Beleuchtung mit weißem Licht die Bildung farbiger Interferenzringe, die in Spektralfarben gefärbt sind. Der obere Rand jedes Lichtrings ist blau, der untere rot. Mit abnehmender Filmdicke bewegen sich die sich ebenfalls ausdehnenden Ringe langsam nach unten. Ihre Ringform erklärt sich aus der Ringform gleich dicker Linien.

Beantworten Sie die Fragen:

Warum schillern Seifenblasen?

Welche Form haben die Regenbogenstreifen?

Warum ändert sich die Farbe der Blase ständig?

Erfahrung 3. Zwei Glasplatten gründlich abwischen, zusammensetzen und mit den Fingern zusammendrücken. Aufgrund der nicht idealen Form der Kontaktflächen werden die dünnsten Lufteinschlüsse zwischen den Platten gebildet.

Erläuterung: Die Oberflächen der Platten können nicht vollkommen eben sein, sodass sie sich nur an wenigen Stellen berühren. Um diese Stellen herum bilden sich die dünnsten Luftkeile unterschiedlicher Form, die ein Bild der Interferenz ergeben. Im Durchlicht ist die Maximalbedingung 2h=kl

Beantworten Sie die Fragen:

Warum werden an den Berührungspunkten der Platten helle schillernde ringförmige oder unregelmäßig geformte Streifen beobachtet?

Warum ändert sich die Form und Lage der Interferenzstreifen mit Druck?

Erfahrung 4. Untersuchen Sie die Oberfläche der CD (die aufgezeichnet wird) sorgfältig aus verschiedenen Blickwinkeln.

Erläuterung : Die Helligkeit der Beugungsspektren hängt von der Frequenz der auf der Scheibe aufgebrachten Rillen und vom Einfallswinkel der Strahlen ab. Nahezu parallel von der Glühwendel einfallende Strahlen werden von benachbarten Ausbuchtungen zwischen den Rillen an den Punkten A und B reflektiert. Die unter einem Winkel gleich dem Einfallswinkel reflektierten Strahlen bilden ein Bild der Glühwendel der Lampe in Form einer weißen Linie. Unter anderen Winkeln reflektierte Strahlen haben einen gewissen Gangunterschied, wodurch sich die Wellen addieren.

Was beobachtest du? Erklären Sie die beobachteten Phänomene. Beschreiben Sie das Interferenzmuster.

Die Oberfläche einer CD ist eine spiralförmige Spur mit einer Steigung, die der Wellenlänge des sichtbaren Lichts entspricht. An einer feinstrukturierten Oberfläche treten Beugungs- und Interferenzerscheinungen auf. Die Highlights von CDs sind schillernd.

Erfahrung 5. Schauen Sie durch das Nylongewebe auf den Glühfaden einer brennenden Lampe. Erzielen Sie durch Drehen des Gewebes um die Achse ein klares Beugungsmuster in Form von zwei rechtwinklig gekreuzten Beugungsbändern.

Erläuterung : Ein weißer Beugungspeak ist in der Mitte des Kreuzes sichtbar. Bei k=0 ist der Wellengangunterschied gleich Null, das zentrale Maximum ist also weiß. Das Kreuz wird erhalten, weil die Fäden des Gewebes zwei Beugungsgitter sind, die mit zueinander senkrechten Schlitzen zusammengefaltet sind. Das Auftreten von Spektralfarben erklärt sich dadurch, dass weißes Licht aus Wellen unterschiedlicher Länge besteht. Das Beugungsmaximum von Licht für verschiedene Wellenlängen wird an verschiedenen Orten erhalten.

Skizzieren Sie das beobachtete Beugungskreuz. Erklären Sie die beobachteten Phänomene.

Erfahrung 6.

Beugung an einem kleinen Loch

Um eine solche Beugung zu beobachten, brauchen wir ein dickes Blatt Papier und eine Nadel. Machen Sie mit einer Nadel ein kleines Loch in das Blatt. Dann bringen wir das Loch in die Nähe des Auges und beobachten eine helle Lichtquelle. In diesem Fall ist die Lichtbeugung sichtbar

Notieren Sie die Ausgabe. Geben Sie an, bei welchen Ihrer Experimente das Phänomen der Interferenz und bei welcher Beugung beobachtet wurde . Nennen Sie Beispiele für Interferenzen und Beugungen, denen Sie begegnet sind.

Kontrollfragen ( Jeder Schüler bereitet Antworten auf Fragen vor ):

Was ist Licht?

Wer hat bewiesen, dass Licht eine elektromagnetische Welle ist?

Wie groß ist die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum?

Wer hat die Interferenz des Lichts entdeckt?

Was erklärt die schillernde Färbung dünner Interferenzfilme?

Können sich Lichtwellen von zwei Glühbirnen stören? Warum?

Warum schillert eine dicke Ölschicht nicht?

Hängt die Lage der Hauptbeugungsmaxima von der Anzahl der Gitterspalte ab?

Warum ändert sich die scheinbar schillernde Farbe eines Seifenfilms ständig?

Das Ziel des Unterrichts:

Wissen zum Thema „Interferenz und Beugung von Licht“ verallgemeinern;
die Bildung experimenteller Fähigkeiten und Fertigkeiten der Schüler fortsetzen;
theoretisches Wissen anwenden, um Naturphänomene zu erklären;
Förderung der Interessesbildung für Physik und des wissenschaftlichen Erkenntnisprozesses;
zur Erweiterung des Horizonts der Schüler beitragen, die Entwicklung der Fähigkeit, Schlussfolgerungen aus den Ergebnissen des Experiments zu ziehen.

Ausrüstung:

gerade Glühlampe (eine pro Klasse);
Drahtring mit Henkel (Werk Nr. 1,2);
ein Glas Seifenwasser (Werke Nr. 1,2);
Glasplatten (40 x 60 mm), 2 Stück pro Set (Arbeit Nr. 3) (Eigenbedarf);
Bremssattel (Werk Nr. 4);
Nylongewebe (100 x 100 mm, selbstgemachte Ausrüstung, Arbeit Nr. 5);
Schallplatten (4 und 8 Anschläge pro 1 mm, Werk Nr. 6);
CDs (Werk Nr. 6);
Fotografien von Insekten und Vögeln (Werk Nr. 7).

Unterrichtsfortschritt

I. Aktualisierung des Wissens zum Thema „Lichtinterferenz“ (Wiederholung des Gelernten).

Lehrer: Bevor wir die experimentellen Aufgaben ausführen, wiederholen wir das Hauptmaterial.

Welches Phänomen wird als Interferenzphänomen bezeichnet?

Welche Wellen sind durch Interferenz gekennzeichnet?

Definiere kohärente Wellen.

Geben Sie die Bedingungen für Interferenzmaxima und -minima an.

Wird bei Interferenzphänomenen der Energieerhaltungssatz eingehalten?

Studenten (vorgeschlagene Antworten):

– Interferenz ist ein Phänomen, das für Wellen jeglicher Art charakteristisch ist: mechanisch, elektromagnetisch. „Interferenz von Wellen ist die Addition von zwei (oder mehreren) Wellen im Raum, bei der an ihren verschiedenen Stellen eine Verstärkung oder Abschwächung der resultierenden Welle erzielt wird.“

– Zur Bildung eines stabilen Interferenzmusters werden kohärente (angepasste) Wellenquellen benötigt.

- Kohärente Wellen sind Wellen, die die gleiche Frequenz und eine konstante Phasendifferenz haben.

An der Tafel notieren die Schüler die Bedingungen für Höchst- und Mindestwerte.

Die Amplitude der resultierenden Verschiebung am Punkt C hängt von der Differenz im Weg der Wellen in einer Entfernung ab D 2 – D 1 .

Abbildung 1 - Maximalbedingungen

Abbildung 2 - Mindestbedingungen

, ()

wobei k = 0; ± 1; ±2; ± 3;…

(der Gangunterschied der Wellen ist gleich einer geraden Anzahl von Halbwellen)

Wellen von den Quellen S 1 und S 2 werden in den gleichen Phasen zum Punkt C kommen und „einander verstärken“.

Schwingungsphasen

Phasendifferenz

А=2Х max ist die Amplitude der resultierenden Welle.

, ()

wobei k = 0; ± 1; ±2; ± 3;…

(der Unterschied im Gang der Wellen ist gleich einer ungeraden Anzahl von Halbwellen)

Wellen von den Quellen S 1 und S 2 werden gegenphasig zum Punkt C kommen und "einander auslöschen".

Schwingungsphasen

Phasendifferenz

A=0 ist die Amplitude der resultierenden Welle.

Ein Interferenzmuster ist ein regelmäßiger Wechsel von Bereichen erhöhter und verringerter Lichtintensität.

- Lichtinterferenz - räumliche Umverteilung der Energie der Lichtstrahlung bei Überlagerung zweier oder mehrerer Lichtwellen.

Folglich wird bei den Phänomenen der Interferenz und Beugung von Licht das Energieerhaltungsgesetz eingehalten. Im Bereich der Interferenz wird Lichtenergie nur umverteilt, ohne in andere Energiearten umgewandelt zu werden. Die Energiezunahme an einigen Punkten des Interferenzmusters relativ zur Gesamtlichtenergie wird durch ihre Abnahme an anderen Punkten kompensiert (Gesamtlichtenergie ist die Lichtenergie zweier Lichtstrahlen von unabhängigen Quellen).

Helle Streifen entsprechen Energiemaxima, dunkle Streifen entsprechen Energieminima.

Lehrer: Kommen wir zum praktischen Teil des Unterrichts.

Versuchsarbeit Nr. 1

„Beobachtung des Phänomens der Lichtinterferenz auf einem Seifenfilm“.

Ausrüstung: Gläser mit Seifenlösung, Drahtringe mit einem Griff mit einem Durchmesser von 30 mm. ( siehe Abbildung 3)

Schüler beobachten Interferenzen in einem abgedunkelten Klassenzimmer auf einem flachen Seifenfilm unter monochromatischer Beleuchtung.

Auf den Drahtring bekommen wir einen Seifenfilm und platzieren ihn senkrecht.

Wir beobachten helle und dunkle horizontale Streifen, die sich in der Breite ändern, wenn sich die Filmdicke ändert ( siehe Abbildung 4).

Erläuterung. Das Auftreten heller und dunkler Streifen wird durch die Interferenz von Lichtwellen erklärt, die von der Filmoberfläche reflektiert werden. Dreieck d = 2h

Der Unterschied im Weg der Lichtwellen ist gleich der doppelten Dicke des Films.

Bei senkrechter Anordnung hat die Folie eine keilförmige Form. Der Unterschied im Weg der Lichtwellen in seinem oberen Teil ist geringer als in seinem unteren Teil. An den Stellen des Films, an denen der Gangunterschied einer geraden Anzahl von Halbwellen entspricht, werden helle Streifen beobachtet. Und mit einer ungeraden Anzahl von Halbwellen - Lichtstreifen. Die horizontale Anordnung der Streifen erklärt sich durch die horizontale Anordnung von Linien gleicher Schichtdicke.

4. Beleuchten Sie den Seifenfilm mit weißem Licht (von der Lampe).

5. Wir beobachten die Färbung von Lichtbändern in Spektralfarben: oben - blau, unten - rot.

Erläuterung. Diese Färbung erklärt sich aus der Abhängigkeit der Position der Lichtbänder von der Wellenlänge der einfallenden Farbe.

6. Wir beobachten auch, dass sich die Streifen, die sich ausdehnen und ihre Form beibehalten, nach unten bewegen.

Erläuterung. Dies ist auf eine Abnahme der Filmdicke zurückzuführen, da die Seifenlösung unter der Wirkung der Schwerkraft nach unten fließt.

Versuchsarbeit Nr. 2

"Beobachtung der Interferenz von Licht auf einer Seifenblase".

1. Schüler pusten Seifenblasen (Siehe Abbildung 5).

2. Wir beobachten die Bildung von in Spektralfarben angemalten Interferenzringen an seinem oberen und unteren Teil. Der obere Rand jedes Lichtrings ist blau, der untere rot. Mit abnehmender Filmdicke bewegen sich die sich ebenfalls ausdehnenden Ringe langsam nach unten. Ihre Ringform erklärt sich aus der Ringform gleich dicker Linien.

Versuchsarbeit Nr. 3.

„Beobachtung der Interferenz von Licht auf einem Luftfilm“

Die Schüler setzen saubere Glasplatten zusammen und drücken sie mit den Fingern zusammen (siehe Abbildung Nr. 6).

Die Platten werden im Auflicht vor dunklem Hintergrund betrachtet.

Wir beobachten an manchen Stellen hell schillernde ringförmige oder geschlossene unregelmäßig geformte Streifen.

Verändern Sie den Druck und beobachten Sie die Veränderung der Lage und Form der Streifen.

Lehrer: Beobachtungen in dieser Arbeit sind individuell. Skizzieren Sie das beobachtete Interferenzmuster.

Erläuterung: Die Oberflächen der Platten können nicht vollkommen eben sein, sodass sie sich nur an wenigen Stellen berühren. Um diese Stellen herum bilden sich die dünnsten Luftkeile unterschiedlicher Form, die ein Bild der Interferenz ergeben. (Bild Nr. 7).

Im Durchlicht ist die Maximalbedingung 2h=kl

Lehrer: Das Phänomen der Interferenz und Polarisierung in der Bau- und Ingenieurtechnik wird genutzt, um die Spannungen zu untersuchen, die in einzelnen Knoten von Strukturen und Maschinen auftreten. Die Forschungsmethode heißt photoelastisch. Wenn beispielsweise das Teilmodell verformt wird, wird die Homogenität von organischem Glas verletzt.Die Art des Interferenzmusters spiegelt die inneren Spannungen im Teil wider.(Bild Nr. 8) .

II. Aktualisierung des Wissens zum Thema „Lichtbeugung“ (Wiederholung des gelernten Stoffes).

Lehrer: Bevor wir den zweiten Teil der Arbeit machen, werden wir das Hauptmaterial wiederholen.

Welches Phänomen wird Beugungsphänomen genannt?

Bedingung für die Manifestation der Beugung.

Beugungsgitter, seine Typen und Haupteigenschaften.

Bedingung für die Beobachtung des Beugungsmaximums.

Warum liegt Lila näher am Zentrum des Interferenzmusters?

Studenten (vorgeschlagene Antworten):

Beugung ist das Phänomen der Wellenabweichung von der geradlinigen Ausbreitung, wenn die Welle durch kleine Löcher geht und kleine Hindernisse rundet.

Bedingung für die Manifestation der Beugung: D < , Wo D die Größe des Hindernisses ist, ist die Wellenlänge. Die Abmessungen der Hindernisse (Löcher) müssen kleiner oder gleich der Wellenlänge sein. Die Existenz dieses Phänomens (Beugung) schränkt den Anwendungsbereich der Gesetze der geometrischen Optik ein und ist der Grund für die begrenzte Auflösung optischer Instrumente.

Ein Beugungsgitter ist ein optisches Gerät, das eine periodische Struktur aus einer großen Anzahl regelmäßig beabstandeter Elemente ist, an denen Licht gebeugt wird. Striche mit einem für ein gegebenes Beugungsgitter definierten und konstanten Profil werden in regelmäßigen Abständen wiederholt D(Gitterperiode). Die Fähigkeit eines Beugungsgitters, einen darauf einfallenden Lichtstrahl in Wellenlängen zu zerlegen, ist seine Haupteigenschaft. Es gibt reflektierende und transparente Beugungsgitter. In modernen Geräten werden hauptsächlich reflektive Beugungsgitter verwendet..

Bedingung für die Beobachtung des Beugungsmaximums:

Versuchsarbeit Nr. 4.

„Beobachtung der Lichtbeugung an einem schmalen Spalt“

Ausstattung: (cm Zeichnung Nr. 9)

Wir verschieben den Schieber des Bremssattels, bis sich zwischen den Backen ein Spalt von 0,5 mm Breite bildet.
Wir legen den abgeschrägten Teil der Schwämme nahe an das Auge (Positionierung der Schale vertikal).
Durch diesen Spalt blicken wir auf den senkrecht stehenden Faden der brennenden Lampe.
Parallel dazu beobachten wir schillernde Streifen auf beiden Seiten des Fadens.
Wir ändern die Breite des Schlitzes im Bereich von 0,05 - 0,8 mm. Beim Übergang zu schmaleren Schlitzen bewegen sich die Bänder auseinander, werden breiter und bilden deutliche Spektren. Durch den breitesten Schlitz betrachtet, sind die Fransen sehr schmal und dicht beieinander.
Die Schüler zeichnen, was sie in ihren Heften sehen.

Versuchsarbeit Nr. 5.

"Beobachtung der Lichtbeugung an Kaprongewebe".

Ausrüstung: eine Lampe mit geradem Glühfaden, Nylongewebe 100 x 100 mm groß (Abbildung 10)

Wir blicken durch das Nylongewebe auf den Faden einer brennenden Lampe.
Wir beobachten ein „Beugungskreuz“ (ein Muster in Form von zwei rechtwinklig gekreuzten Beugungsbändern).
Die Schüler zeichnen das Bild, das sie sehen (Beugungskreuz), in ein Heft.

Beschreibung: Im Zentrum der Kruste ist ein weißer Beugungspeak sichtbar. Bei k=0 ist der Wellengangunterschied gleich Null, das zentrale Maximum ist also weiß.

Das Kreuz wird erhalten, weil die Fäden des Gewebes zwei Beugungsgitter sind, die mit zueinander senkrechten Schlitzen zusammengefaltet sind. Das Auftreten von Spektralfarben erklärt sich dadurch, dass weißes Licht aus Wellen unterschiedlicher Länge besteht. Das Beugungsmaximum von Licht für verschiedene Wellenlängen wird an verschiedenen Orten erhalten.

Versuchsarbeit Nr. 6.

„Beobachtung der Lichtbeugung an einer Schallplatte und einer Laserdisk“.

Ausrüstung: gerade Glühlampe, Schallplatte (siehe Abbildung 11)

Die Schallplatte ist ein gutes Beugungsgitter.

Wir positionieren die Schallplatte so, dass die Rillen parallel zum Lampenfaden verlaufen und beobachten die Beugung im reflektierten Licht.
Wir beobachten helle Beugungsspektren mehrerer Ordnungen.

Erklärung: Die Helligkeit der Beugungsspektren hängt von der Frequenz der auf die Schallplatte aufgebrachten Rillen und vom Einfallswinkel der Strahlen ab. (siehe Abbildung 12)

Nahezu parallel von der Glühwendel einfallende Strahlen werden von benachbarten Ausbuchtungen zwischen den Rillen an den Punkten A und B reflektiert. Die unter einem Winkel gleich dem Einfallswinkel reflektierten Strahlen bilden ein Bild der Glühwendel der Lampe in Form einer weißen Linie. Unter anderen Winkeln reflektierte Strahlen haben einen gewissen Gangunterschied, wodurch sich die Wellen addieren.

Betrachten wir auf ähnliche Weise die Beugung an einer Laserscheibe. (siehe Abbildung 13)

Die Oberfläche einer CD stellt eine spiralförmige Spur dar, deren Stufe vergleichbar mit der Wellenlänge des sichtbaren Lichts ist, an der feinkörnigen Oberfläche treten Beugungs- und Interferenzerscheinungen auf. Die Highlights von CDs sind schillernd.

Versuchsarbeit Nr. 7.

"Beobachtung der Beugungsfärbung von Insekten anhand von Fotografien".

Ausstattung: (Siehe Zeichnungen Nr. 14, 15, 16.)

Lehrer: Die Beugungsfärbung von Vögeln, Schmetterlingen und Käfern ist in der Natur sehr verbreitet. Pfauen, Fasane, Schwarzstörche, Kolibris und Schmetterlinge zeichnen sich durch eine große Vielfalt an Farbschattierungen aus. Die Beugungsfärbung von Tieren wurde nicht nur von Biologen, sondern auch von Physikern untersucht.

Die Schüler sehen sich Fotos an.

Beschreibung: Die äußere Oberfläche des Gefieders vieler Vögel und der Oberkörper von Schmetterlingen und Käfern sind durch eine regelmäßige Wiederholung von Strukturelementen mit einer Periode von einem bis mehreren Mikrometern gekennzeichnet, die ein Beugungsgitter bilden. Zum Beispiel ist die Struktur der zentralen Augen des Pfauenschwanzes in Abbildung Nr. 14 zu sehen. Die Farbe der Augen ändert sich je nachdem, wie das Licht auf sie fällt, aus welchem Winkel wir sie betrachten.

Kontrollfragen (jeder Schüler bekommt eine Karte mit einer Aufgabe - Fragen schriftlich beantworten ):

Was ist Licht?
Wer hat bewiesen, dass Licht eine elektromagnetische Welle ist?
Wie groß ist die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum?
Wer hat die Interferenz des Lichts entdeckt?
Was erklärt die schillernde Färbung dünner Interferenzfilme?
Können sich Lichtwellen von zwei Glühbirnen stören? Warum?
Warum schillert eine dicke Ölschicht nicht?
Hängt die Lage der Hauptbeugungsmaxima von der Anzahl der Gitterspalte ab?
Warum ändert sich die scheinbar schillernde Farbe eines Seifenfilms ständig?

Hausaufgaben (in Gruppen unter Berücksichtigung der individuellen Charakteristika der Studierenden).

– Erstellen Sie einen Bericht zum Thema „Vavilov’s Paradox“.

– Kreuzworträtsel zu den Stichwörtern „Interferenz“, „Beugung“ erstellen.

Literatur:

Arabadschi V.I. Beugungsfärbung von Insekten / „Quantum“ Nr. 2, 1975
Wolkow V.A. Universelle Unterrichtsentwicklungen in der Physik. Klasse 11. -M.: VAKO, 2006.
Kozlov S.A. Über einige optische Eigenschaften von CDs. / „Physik in der Schule“ Nr. 1, 2006
CDs / „Physik in der Schule“ Nr. 1, 2006
Myakishev G.Ya., Bukhovtsev B.B. Physik: Proc. für 11 Zellen. durchschn. Schule - M.: Bildung, 2000
Fabrikant V.A. Vavilovs Paradox / "Quantum" Nr. 2, 1971
Physik: Proc. für 11 Zellen. durchschn. Schule / N. M. Shakhmaev, S. N. Shakhmaev, D. Sh. Shodiev. - M.: Bildung, 1991.
Physikalisches Enzyklopädisches Wörterbuch / "Sowjetische Enzyklopädie", 1983.
Frontallaborunterricht in Physik in den Klassen 7 - 11 von Bildungseinrichtungen: Buch. für den Lehrer / V. A. Burov, Yu. I. Dik, B. S. Zworykin und andere; Ed. V. A. Burova, G. G. Nikiforova. - M.: Ausbildung: Proc. lit., 1996

Labor Nr. 13

Thema: "Beobachtung von Interferenz und Beugung von Licht"

Ziel der Arbeit: untersuchen Sie experimentell das Phänomen der Interferenz und Beugung.

Ausrüstung: eine elektrische Lampe mit geradem Glühfaden (eine pro Klasse), zwei Glasplatten, eine Glasröhre, ein Glas mit Seifenlösung, ein Drahtring mit einem Griff mit einem Durchmesser von 30 mm, eine CD, ein Messschieber, Nylongewebe.

Theorie:

Interferenz ist ein Phänomen, das für Wellen jeglicher Art charakteristisch ist: mechanisch, elektromagnetisch.

Welleninterferenz – Addition im Raum von zwei (oder mehreren) Wellen, bei der an ihren verschiedenen Punkten eine Verstärkung oder Dämpfung der resultierenden Welle erzielt wird.

kohärent werden Wellen genannt, die die gleiche Frequenz und eine konstante Phasendifferenz haben.

Die Amplitude der resultierenden Verschiebung am Punkt C hängt von der Wegdifferenz der Wellen im Abstand d2 – d1 ab.

Maximaler Zustand

, (Δd = d 2 – d 1 )

Wo k=0; ± 1; ±2; ± 3 ;…

(der Gangunterschied der Wellen ist gleich einer geraden Anzahl von Halbwellen)

Wellen von den Quellen A und B kommen in den gleichen Phasen zum Punkt C und „verstärken sich gegenseitig“.

φ A \u003d φ B - Schwingungsphasen

Δφ=0 - Phasendifferenz

A=2X max

Mindestbedingung

, (Δd = d 2 – d 1)

Wo k=0; ± 1; ±2; ± 3;…

(der Unterschied im Gang der Wellen ist gleich einer ungeraden Anzahl von Halbwellen)

Wellen von den Quellen A und B werden gegenphasig zum Punkt C kommen und "einander auslöschen".

φ A ≠φ B - Schwingungsphasen

Δφ=π - Phasendifferenz

A=0 ist die Amplitude der resultierenden Welle.

Interferenzmuster– regelmäßiger Wechsel von Bereichen mit hoher und niedriger Lichtintensität.

Lichtinterferenz- räumliche Umverteilung der Energie der Lichtstrahlung bei Überlagerung zweier oder mehrerer Lichtwellen.

Durch Beugung weicht das Licht von einer geradlinigen Ausbreitung ab (z. B. in der Nähe von Hinderniskanten).

Beugung – das Phänomen der Wellenabweichung von der geradlinigen Ausbreitung beim Durchgang durch kleine Löcher und beim Runden kleiner Hindernisse durch die Welle.

Bedingung der Beugungsmanifestation: D< λ , Wo D- die Größe des Hindernisses, λ - Wellenlänge. Die Abmessungen der Hindernisse (Löcher) müssen kleiner oder gleich der Wellenlänge sein.

Die Existenz dieses Phänomens (Beugung) schränkt den Anwendungsbereich der Gesetze der geometrischen Optik ein und ist der Grund für die begrenzte Auflösung optischer Instrumente.

Beugungsgitter- ein optisches Gerät, das eine periodische Struktur aus einer großen Anzahl regelmäßig angeordneter Elemente ist, an denen Licht gebeugt wird. Striche mit einem für ein gegebenes Beugungsgitter definierten und konstanten Profil werden in regelmäßigen Abständen wiederholt D(Gitterperiode). Die Fähigkeit eines Beugungsgitters, einen darauf einfallenden Lichtstrahl in Wellenlängen zu zerlegen, ist seine Haupteigenschaft. Es gibt reflektierende und transparente Beugungsgitter. In modernen Geräten werden hauptsächlich reflektive Beugungsgitter verwendet..

Die Bedingung für die Beobachtung des Beugungsmaximums:

d sinφ=k λ, Wo k=0; ± 1; ±2; ± 3; D- Gitterperiode , φ - der Winkel, bei dem die Maxima beobachtet werden, und λ - Wellenlänge.

Aus der Maximalbedingung folgt sinφ=(k λ)/d.

Sei dann k=1 sinφ cr = λ cr /d Und sinφ f = λ f /d.

Es ist bekannt, dass λ cr > λ f, somit Sündeφ cr>sinφ f. Weil y= sinφ f - die Funktion nimmt also zu φ cr > φ f

Daher liegt die violette Farbe im Beugungsspektrum näher am Zentrum.

Bei den Phänomenen der Interferenz und Beugung von Licht wird das Energieerhaltungsgesetz beobachtet. Im Bereich der Interferenz wird Lichtenergie nur umverteilt, ohne in andere Energiearten umgewandelt zu werden. Die Energiezunahme an einigen Punkten des Interferenzmusters relativ zur Gesamtlichtenergie wird durch ihre Abnahme an anderen Punkten kompensiert (Gesamtlichtenergie ist die Lichtenergie zweier Lichtstrahlen von unabhängigen Quellen). Helle Streifen entsprechen Energiemaxima, dunkle Streifen entsprechen Energieminima.

Fortschritt:

Erfahrung 1.Tauchen Sie den Drahtring in die Seifenlösung. Auf dem Drahtring bildet sich ein Seifenfilm.

Positionieren Sie es vertikal. Wir beobachten helle und dunkle horizontale Streifen, deren Breite sich ändert, wenn sich die Filmdicke ändert.

Erläuterung. Das Auftreten heller und dunkler Streifen wird durch die Interferenz von Lichtwellen erklärt, die von der Filmoberfläche reflektiert werden. Dreieck d = 2h. Der Unterschied im Weg der Lichtwellen ist gleich der doppelten Dicke des Films. Bei senkrechter Anordnung hat die Folie eine keilförmige Form. Der Unterschied im Weg der Lichtwellen in seinem oberen Teil ist geringer als in seinem unteren Teil. An den Stellen des Films, an denen der Gangunterschied einer geraden Anzahl von Halbwellen entspricht, werden helle Streifen beobachtet. Und mit einer ungeraden Anzahl von Halbwellen - dunkle Streifen. Die horizontale Anordnung der Streifen erklärt sich durch die horizontale Anordnung von Linien gleicher Schichtdicke.

Wir beleuchten den Seifenfilm mit weißem Licht (von der Lampe). Wir beobachten die Färbung von Lichtbändern in Spektralfarben: oben - blau, unten - rot.

Erläuterung. Diese Färbung erklärt sich aus der Abhängigkeit der Position der Lichtbänder von der Wellenlänge der einfallenden Farbe.

Wir beobachten auch, dass sich die Bänder, die sich ausdehnen und ihre Form beibehalten, nach unten bewegen.

Erläuterung. Dies ist auf eine Abnahme der Filmdicke zurückzuführen, da die Seifenlösung unter der Wirkung der Schwerkraft nach unten fließt.

Beantworten Sie die Fragen:

Warum schillern Seifenblasen?
Welche Form haben die Regenbogenstreifen?
Warum ändert sich die Farbe der Blase ständig?

Wenn Licht von den Oberflächen der Platten reflektiert wird, die den Spalt bilden, erscheinen helle schillernde Streifen - ringförmig oder unregelmäßig geformt. Wenn sich die Kraft ändert, die die Platten zusammendrückt, ändern sich die Anordnung und Form der Streifen. Zeichne die Bilder, die du siehst.

Beantworten Sie die Fragen:

Warum werden an den Berührungspunkten der Platten helle schillernde ringförmige oder unregelmäßig geformte Streifen beobachtet?
Warum ändert sich die Form und Lage der Interferenzstreifen mit Druck?

Erfahrung 4.Untersuchen Sie die Oberfläche der CD (die aufgezeichnet wird) sorgfältig aus verschiedenen Blickwinkeln.

Erläuterung: Die Helligkeit der Beugungsspektren hängt von der Frequenz der auf der Scheibe aufgebrachten Rillen und vom Einfallswinkel der Strahlen ab. Nahezu parallel von der Glühwendel einfallende Strahlen werden von benachbarten Ausbuchtungen zwischen den Rillen an den Punkten A und B reflektiert. Die unter einem Winkel gleich dem Einfallswinkel reflektierten Strahlen bilden ein Bild der Glühwendel der Lampe in Form einer weißen Linie. Unter anderen Winkeln reflektierte Strahlen haben einen gewissen Gangunterschied, wodurch sich die Wellen addieren.

Was beobachtest du? Erklären Sie die beobachteten Phänomene. Beschreiben Sie das Interferenzmuster.

Erfahrung 5. Wir verschieben den Schieber des Bremssattels, bis sich zwischen den Backen ein Spalt von 0,5 mm Breite bildet.

Wir legen den abgeschrägten Teil der Schwämme nahe an das Auge (Platzieren der Lücke vertikal). Durch diesen Spalt blicken wir auf den senkrecht stehenden Faden der brennenden Lampe. Parallel dazu beobachten wir Regenbogenstreifen auf beiden Seiten des Fadens. Wir ändern die Breite des Schlitzes im Bereich von 0,05 - 0,8 mm. Beim Übergang zu schmaleren Schlitzen bewegen sich die Bänder auseinander, werden breiter und bilden deutliche Spektren. Durch den breitesten Schlitz betrachtet, sind die Fransen sehr schmal und dicht beieinander. Zeichne das Bild, das du siehst, in dein Heft. Erklären Sie beobachtete Phänomene.

Erfahrung 6. Schauen Sie durch das Nylongewebe auf den Glühfaden einer brennenden Lampe. Erzielen Sie durch Drehen des Gewebes um die Achse ein klares Beugungsmuster in Form von zwei rechtwinklig gekreuzten Beugungsbändern.

Erläuterung: Ein weißer Beugungspeak ist im Zentrum der Kruste sichtbar. Bei k=0 ist der Wellengangunterschied gleich Null, das zentrale Maximum ist also weiß. Das Kreuz wird erhalten, weil die Fäden des Gewebes zwei Beugungsgitter sind, die mit zueinander senkrechten Schlitzen zusammengefaltet sind. Das Auftreten von Spektralfarben erklärt sich dadurch, dass weißes Licht aus Wellen unterschiedlicher Länge besteht. Das Beugungsmaximum von Licht für verschiedene Wellenlängen wird an verschiedenen Orten erhalten.

Skizzieren Sie das beobachtete Beugungskreuz. Erklären Sie die beobachteten Phänomene.

Notieren Sie die Ausgabe. Geben Sie an, bei welchen Ihrer Experimente das Phänomen der Interferenz und bei welcher Beugung beobachtet wurde.

Kontrollfragen:

Was ist Licht?
Wer hat bewiesen, dass Licht eine elektromagnetische Welle ist?
Was nennt man Lichtinterferenz? Was sind die maximalen und minimalen Bedingungen für Interferenzen?
Können sich Lichtwellen von zwei Glühbirnen stören? Warum?
Was ist die Lichtbeugung?
Hängt die Lage der Hauptbeugungsmaxima von der Anzahl der Gitterspalte ab?

Thema: Beobachtung der Phänomene der Interferenz und Beugung von Licht.

Ziel der Arbeit: untersuchen Sie experimentell das Phänomen der Interferenz und Beugung.

Ausrüstung:

Gläser mit einer Seifenlösung;
Drahtring mit Griff;
Nylongewebe;
CD;
Glühlampe;
Bremssättel;
zwei Glasplatten;
Klinge;
Pinzette;
Nylongewebe.

Theoretischer Teil

Interferenz ist ein Phänomen, das für Wellen jeglicher Art charakteristisch ist: mechanisch, elektromagnetisch. Welleninterferenz ist die Addition von zwei (oder mehreren) Wellen im Raum, bei der an ihren verschiedenen Stellen eine Verstärkung oder Abschwächung der resultierenden Welle erzielt wird. Um ein stabiles Interferenzmuster zu bilden, werden kohärente (angepasste) Wellenquellen benötigt. Kohärente Wellen sind Wellen, die die gleiche Frequenz und eine konstante Phasendifferenz haben.

Höchstbedingungen Δd = ±kλ, Mindestbedingungen, Δd = ± (2k + 1)λ/2 wo k =0; ± 1; ±2; ± 3;...(Der Unterschied im Gang der Wellen ist gleich einer geraden Anzahl von Halbwellen

Ein Interferenzmuster ist ein regelmäßiger Wechsel von Bereichen erhöhter und verringerter Lichtintensität. Lichtinterferenz ist die räumliche Umverteilung der Energie von Lichtstrahlung bei der Überlagerung zweier oder mehrerer Lichtwellen. Folglich wird bei den Phänomenen der Interferenz und Beugung von Licht das Energieerhaltungsgesetz eingehalten. Im Bereich der Interferenz wird Lichtenergie nur umverteilt, ohne in andere Energiearten umgewandelt zu werden. Die Energiezunahme an einigen Punkten des Interferenzmusters relativ zur Gesamtlichtenergie wird durch ihre Abnahme an anderen Punkten kompensiert (Gesamtlichtenergie ist die Lichtenergie zweier Lichtstrahlen von unabhängigen Quellen).
Helle Streifen entsprechen Energiemaxima, dunkle Streifen entsprechen Energieminima.

Beugung ist das Phänomen der Wellenabweichung von der geradlinigen Ausbreitung, wenn die Welle durch kleine Löcher geht und kleine Hindernisse rundet. Bedingung für die Manifestation der Beugung: D< λ, Wo D- die Größe des Hindernisses, λ - Wellenlänge. Die Abmessungen der Hindernisse (Löcher) müssen kleiner oder gleich der Wellenlänge sein. Die Existenz dieses Phänomens (Beugung) schränkt den Anwendungsbereich der Gesetze der geometrischen Optik ein und ist der Grund für die begrenzte Auflösung optischer Instrumente. Ein Beugungsgitter ist ein optisches Gerät, das eine periodische Struktur aus einer großen Anzahl regelmäßig angeordneter Elemente ist, an denen Licht gebeugt wird. Striche mit einem für ein gegebenes Beugungsgitter definierten und konstanten Profil werden in regelmäßigen Abständen wiederholt D(Gitterperiode). Die Fähigkeit eines Beugungsgitters, einen darauf einfallenden Lichtstrahl in Wellenlängen zu zerlegen, ist seine Haupteigenschaft. Es gibt reflektierende und transparente Beugungsgitter. In modernen Geräten werden hauptsächlich reflektive Beugungsgitter verwendet. Bedingung für die Beobachtung des Beugungsmaximums: d sin(φ) = ± kλ

Arbeitsanweisungen

1. Tauchen Sie den Drahtrahmen in die Seifenlösung. Beobachten und zeichnen Sie das Interferenzmuster im Seifenfilm. Wenn der Film mit weißem Licht (von einem Fenster oder einer Lampe) beleuchtet wird, werden Lichtstreifen gefärbt: oben - blau, unten - rot. Verwenden Sie ein Glasröhrchen, um eine Seifenblase zu blasen. Beobachte ihn. Bei Beleuchtung mit weißem Licht wird die Bildung farbiger Interferenzringe beobachtet. Wenn die Filmdicke abnimmt, dehnen sich die Ringe aus und bewegen sich nach unten.

Beantworten Sie die Fragen:

Warum schillern Seifenblasen?
Welche Form haben die Regenbogenstreifen?
Warum ändert sich die Farbe der Blase ständig?

2. Wischen Sie die Glasplatten gründlich ab, legen Sie sie zusammen und drücken Sie sie mit den Fingern zusammen. Aufgrund der nicht idealen Form der Kontaktflächen werden die dünnsten Luftporen zwischen den Platten gebildet, was helle schillernde ringförmige oder geschlossene unregelmäßig geformte Streifen ergibt. Wenn sich die Kraft, die die Platten zusammendrückt, ändert, ändern sich die Position und Form der Bänder sowohl im reflektierten als auch im durchgelassenen Licht. Zeichne die Bilder, die du siehst.

Beantworten Sie die Fragen:

Warum werden an einzelnen Kontaktstellen zwischen den Platten helle schillernde ringförmige oder unregelmäßig geformte Streifen beobachtet?
Warum ändert sich die Form und Lage der erhaltenen Interferenzstreifen bei einer Druckänderung?

3. Legen Sie eine CD horizontal auf Augenhöhe. Was beobachtest du? Erklären Sie die beobachteten Phänomene. Beschreiben Sie das Interferenzmuster.

4. Schauen Sie durch das Nylongewebe auf den Glühfaden einer brennenden Lampe. Erzielen Sie durch Drehen des Gewebes um die Achse ein klares Beugungsmuster in Form von zwei rechtwinklig gekreuzten Beugungsbändern. Skizzieren Sie das beobachtete Beugungskreuz.

5. Beobachten Sie zwei Beugungsmuster, wenn Sie den Glühfaden einer brennenden Lampe durch einen Schlitz untersuchen, der durch die Backen eines Messschiebers gebildet wird (mit einer Schlitzbreite von 0,05 mm und 0,8 mm). Beschreiben Sie die Veränderung der Art des Interferenzmusters, wenn der Bremssattel sanft um die vertikale Achse gedreht wird (mit einer Schlitzbreite von 0,8 mm). Wiederholen Sie dieses Experiment mit zwei Klingen und drücken Sie sie gegeneinander. Beschreiben Sie die Art des Interferenzmusters

Notieren Sie Ihre Erkenntnisse. Geben Sie an, in welchem Ihrer Experimente das Phänomen der Interferenz beobachtet wurde? Beugung?

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