Dom › Svjetlo i staklo › Laboratorijski rad iz fizike promatranje difrakcije svjetlosti. Tema: Promatranje interferencije i difrakcije svjetlosti

Laboratorijski rad iz fizike promatranje difrakcije svjetlosti. Tema: Promatranje interferencije i difrakcije svjetlosti

Laboratorijski rad na temu: "Promatranje interferencije i difrakcije svjetlosti"

Cilj rada: eksperimentalno proučavati pojavu interferencije i difrakcije.

Oprema: električna svjetiljka s ravnom žarnom niti, dvije staklene ploče, staklena cijev, čaša s otopinom sapuna, žičani prsten s ručkom promjera 30 mm, CD, čeljust, najlonska tkanina.

Teorija: Interferencija je pojava karakteristična za valove bilo koje prirode: mehaničke, elektromagnetske.

Interferencija valova – zbrajanje u prostoru dva (ili više) vala, pri čemu se na njegovim različitim točkama dobiva pojačanje ili slabljenje rezultirajućeg vala.

Tipično, interferencija se opaža kada se superpozicija valova koje emitira isti izvor svjetlosti, koji je došao do određene točke na različite načine. Nemoguće je dobiti uzorak interferencije iz dva neovisna izvora, jer molekule ili atomi emitiraju svjetlost u zasebnim nizovima valova, neovisno jedni o drugima. Atomi emitiraju fragmente svjetlosnih valova (vlakove), u kojima su faze oscilacija slučajne. Tsugi su dugi oko 1 metar. Nizovi valova različitih atoma su postavljeni jedan na drugi. Amplituda nastalih oscilacija kaotično se mijenja s vremenom tako brzo da oko nema vremena osjetiti tu promjenu slika. Stoga osoba vidi prostor ravnomjerno osvijetljen. Da bi se formirao stabilan interferencijski uzorak, potrebni su koherentni (podudarni) izvori valova.

koherentan nazivaju se valovi koji imaju istu frekvenciju i stalnu faznu razliku.

Amplituda rezultirajućeg pomaka u točki C ovisi o razlici putanje valova na udaljenosti d2 – d1.

Maksimalno stanje

, (Δd=d 2 -d 1 )

gdje je k=0; ± 1; ±2; ± 3 ;…

(razlika putanje valova jednaka je parnom broju poluvalova)

Valovi iz izvora A i B doći će do točke C u istim fazama i međusobno se "pojačati".

φ A = φ B - faze oscilacija

Δφ=0 - fazna razlika

A=2X maks

Minimalni uvjet

, (Δd=d 2 -d 1 )

gdje je k=0; ± 1; ±2; ± 3;…

(razlika putanje valova jednaka je neparnom broju poluvalova)

Valovi iz izvora A i B doći će u točku C u protufazi i međusobno se "ugasiti".

φ A ≠φ B - faze titranja

Δφ=π - fazna razlika

A=0 je amplituda rezultirajućeg vala.

interferencijski uzorak– pravilna izmjena područja visokog i niskog intenziteta svjetlosti.

Smetnje svjetla- prostorna preraspodjela energije svjetlosnog zračenja kada se dva ili više svjetlosnih valova superponiraju.

Zbog difrakcije svjetlost odstupa od pravocrtnog prostiranja (npr. u blizini rubova prepreka).

Difrakcija - pojava odstupanja vala od pravocrtnog širenja pri prolasku kroz male rupe i zaobilaženju malih prepreka valom.

Uvjet manifestacije difrakcije:d , gdje d - veličina prepreke,λ - valna duljina. Dimenzije prepreka (rupa) moraju biti manje ili razmjerne valnoj duljini.

Postojanje ove pojave (difrakcije) ograničava domet zakona geometrijske optike i razlog je ograničavajuće rezolucije optičkih instrumenata.

Difrakcijska rešetka- optički uređaj, koji je periodična struktura velikog broja pravilno raspoređenih elemenata na kojima se svjetlost lomi. Potici s definiranim i konstantnim profilom za danu difrakcijsku rešetku ponavljaju se u redovitim intervalima d (period rešetke). Sposobnost difrakcijske rešetke da razloži snop svjetlosti koji pada na nju na valne duljine njezino je glavno svojstvo. Postoje reflektivne i prozirne difrakcijske rešetke.U modernim uređajima koriste se uglavnom reflektirajuće difrakcijske rešetke..

Uvjet za opažanje difrakcijskog maksimuma:

d sinφ=k λ, gdje je k=0; ± 1; ±2; ± 3; d - period rešetke, φ - kut pod kojim se promatraju maksimumi, iλ je valna duljina.

Iz maksimalnog uvjeta slijedi sinφ=(k λ)/d .

Neka je k=1, tada sinφ cr =λ cr /d i sinφ f =λ f /d.

Poznato je da je λ cr >λ f , dakle sinφ cr >sinφ f . Jer y= sinφ f - funkcija raste, dakleφ cr >φ f

Stoga je ljubičasta boja u difrakcijskom spektru smještena bliže središtu.

U pojavama interferencije i difrakcije svjetlosti uočava se zakon održanja energije. U području interferencije svjetlosna energija se samo redistribuira bez pretvaranja u druge vrste energije. Porast energije u nekim točkama interferencijskog uzorka u odnosu na ukupnu svjetlosnu energiju kompenzira se njezinim smanjenjem u drugim točkama (ukupna svjetlosna energija je svjetlosna energija dviju svjetlosnih zraka iz neovisnih izvora). Svijetle pruge odgovaraju energetskim maksimumima, tamne pruge odgovaraju energetskim minimumima.

Napredak:

Iskustvo 1. Umočite žičani prsten u otopinu sapuna.Na žičanom prstenu formira se sapunski film.

Postavite ga okomito. Promatramo svijetle i tamne horizontalne pruge koje mijenjaju širinu kako se mijenja debljina filma.

Obrazloženje. Pojava svijetlih i tamnih traka objašnjava se interferencijom svjetlosnih valova reflektiranih od površine filma. trokut d = 2h.Razlika u putanji svjetlosnih valova jednaka je dvostrukoj debljini filma.Kad se postavi okomito, film ima klinasti oblik. Razlika u putanji svjetlosnih valova u njegovom gornjem dijelu bit će manja nego u donjem dijelu. Na onim mjestima filma gdje je razlika putanja jednaka parnom broju poluvalova, uočavaju se svijetle pruge. I s neparnim brojem poluvalova - tamne pruge. Horizontalni raspored pruga objašnjava se horizontalnim rasporedom linija jednake debljine filma.

Sapunski film osvijetlimo bijelim svjetlom (iz lampe). Promatramo bojanje svjetlosnih traka u spektralnim bojama: na vrhu - plavo, na dnu - crveno.

Obrazloženje. Ova boja se objašnjava ovisnošću položaja svjetlosnih traka o valnoj duljini upadne boje.

Također opažamo da se trake, šireći se i zadržavajući svoj oblik, pomiču prema dolje.

Obrazloženje. To je zbog smanjenja debljine filma, jer otopina sapuna teče prema dolje pod djelovanjem gravitacije.

Iskustvo 2. Puhnite mjehurić od sapunice staklenom cijevi i pažljivo ga pregledajte.Kada se osvijetli bijelim svjetlom, promatrajte formiranje obojenih interferencijskih prstenova, obojenih spektralnim bojama. Gornji rub svakog svjetlosnog prstena je plav, a donji je crven. Kako se debljina filma smanjuje, prstenovi se, također šireći, polako pomiču prema dolje. Njihov prstenasti oblik objašnjava se prstenastim oblikom linija jednake debljine.

Odgovori na pitanja:

Zašto se mjehurići sapunice prelijevaju?
Kakvog su oblika dugine pruge?
Zašto se boja mjehurića stalno mijenja?

Iskustvo 3*. Temeljito obrišite dvije staklene ploče, spojite ih i stisnite prstima. Zbog neidealnog oblika dodirnih površina, između ploča nastaju najtanje zračne šupljine.

	Kada se svjetlost reflektira od površina ploča koje tvore prazninu, pojavljuju se svijetle iridescentne pruge - u obliku prstena ili nepravilnog oblika. Kada se promijeni sila koja sabija ploče, mijenja se raspored i oblik traka.Nacrtajte slike koje vidite.

Obrazloženje: Površine ploča ne mogu biti savršeno ravne, pa se dodiruju samo na nekoliko mjesta. Oko tih mjesta stvaraju se najtanji zračni klinovi raznih oblika koji daju sliku interferencije. U propusnoj svjetlosti maksimalni uvjet 2h=kl

Odgovori na pitanja:

Zašto se na dodirnim mjestima ploča uočavaju svijetle iridescentne pruge u obliku prstena ili nepravilnog oblika?

Obrazloženje : Svjetlina difrakcijskih spektara ovisi o frekvenciji utora nastalih na disku i o kutu upadanja zraka. Gotovo paralelne zrake koje padaju iz žarulje reflektiraju se od susjednih ispupčenja između utora u točkama A i B. Zrake reflektirane pod kutom jednakim upadnom kutu tvore sliku žarulje u obliku bijele linije. Zrake reflektirane pod drugim kutovima imaju određenu razliku putanje, zbog čega se valovi zbrajaju.

Što promatraš? Objasnite uočene pojave. Opišite uzorak interferencije.

Površina CD-a je spiralna staza s korakom razmjernim valnoj duljini vidljive svjetlosti. Na fino strukturiranoj površini pojavljuju se pojave difrakcije i interferencije. Vrhunci CD-a su prelijepi.

Iskustvo 5. Pogledajte kroz najlonsku tkaninu žarnu nit goruće svjetiljke. Okretanjem tkanine oko osi postići jasan difrakcijski uzorak u obliku dviju difrakcijskih traka ukrštenih pod pravim kutom.

Obrazloženje : Bijeli difrakcijski vrh vidljiv je u središtu križa. Pri k=0 razlika putanje vala jednaka je nuli, pa je središnji maksimum bijele boje. Križ se dobiva jer su niti tkanine dvije difrakcijske rešetke presavijene zajedno s međusobno okomitim utorima. Pojava spektralnih boja objašnjava se činjenicom da se bijela svjetlost sastoji od valova različitih duljina. Difrakcijski maksimum svjetlosti za različite valne duljine dobiva se na različitim mjestima.

Skicirajte promatrani difrakcijski križ.Objasnite uočene pojave.

Zabilježite izlaz. Navedite u kojem je od vaših pokusa uočena pojava interferencije, a u kojem difrakcija..

Cilj rada: promatrati interferenciju i ogib svjetlosti.

Teorija.Smetnje svjetla. Valna svojstva svjetlosti najjasnije se otkrivaju u pojavama interferencije i difrakcije. Smetnje svjetlosti objašnjavaju boju mjehurića sapuna i tankih uljnih filmova na vodi, iako su otopina sapuna i ulje bezbojni. Svjetlosni valovi se dijelom reflektiraju od površine tankog filma, a dijelom prolaze u njega. Na drugoj granici filma ponovno dolazi do djelomične refleksije valova (slika 1). Svjetlosni valovi reflektirani od dvije površine tankog filma putuju u istom smjeru, ali putuju različitim stazama.

Slika 1.

S razlikom putanje koja je višekratnik cijelog broja valnih duljina:

uočava se interferencijski maksimum.

Za razliku l, višekratnik neparnog broja poluvalova:

, (2)

promatra se minimum smetnji. Kada je uvjet maksimuma zadovoljen za jednu valnu duljinu svjetlosti, nije zadovoljen za druge valne duljine. Stoga se čini da je tanki bezbojni prozirni film obasjan bijelim svjetlom obojen. Promjenom debljine filma ili upadnog kuta svjetlosnih valova mijenja se razlika putanje, a uvjet maksimuma je zadovoljen za svjetlost različite valne duljine.

Fenomen interferencije u tankim filmovima koristi se za kontrolu kvalitete površinske obrade, antirefleksije optike.

Difrakcija svjetlosti. Kada svjetlost prolazi kroz malu rupicu na ekranu, oko središnje svijetle točke vide se naizmjenični tamni i svijetli prstenovi (slika 2).

Slika.2.

Ako svjetlost prolazi kroz usku metu, tada se dobiva slika prikazana na slici 3.

Slika 3

Pojava otklona svjetlosti od pravocrtnog smjera prostiranja pri prolasku uz rub barijere naziva se difrakcija svjetlosti.

Pojavu izmjeničnih svijetlih i tamnih prstenova u području geometrijske sjene, francuski fizičar Fresnel objasnio je činjenicom da svjetlosni valovi koji dolaze kao rezultat difrakcije s različitih točaka otvora na jednu točku na ekranu interferiraju jedni s drugima .

Instrumenti i pribor: staklene ploče - 2 kom., najlonske ili kambrične zakrpe, osvijetljeni film s prorezom napravljenim žiletom, gramofonska ploča (ili fragment gramofonske ploče), čeljust, svjetiljka s ravnom žarnom niti (jedna za cijelu skupina), olovke u boji.

Postupak rada:

1. Promatranje smetnji:

1.1. Staklene ploče temeljito obrišite, spojite ih i stisnite prstima.

1.2. Pregledajte ploče u reflektiranom svjetlu na tamnoj pozadini (moraju biti postavljene tako da se na staklenoj površini ne stvaraju presvijetli odbljesci s prozora ili bijelih zidova).

1.3. Na nekim mjestima gdje ploče dolaze u dodir, mogu se uočiti svijetle iridescentne pruge u obliku prstena ili nepravilnog oblika.

1.4. Uočite promjene u obliku i položaju dobivenih interferencijskih pruga s promjenom tlaka.

1.5. Pokušajte vidjeti uzorak interferencije u propuštenoj svjetlosti i nacrtajte ga u protokolu.

1.6. Razmotrite uzorak interferencije kada svjetlo udari u površinu CD-a i nacrtajte ga u protokolu.

2. Promatranje difrakcije:

2.1. Ugradite razmak širine 0,5 mm između čeljusti čeljusti.

2.2. Pričvrstite prorez blizu oka, postavljajući ga vodoravno.

2.3. Gledajući kroz prorez vodoravno smještenu svjetleću nit žarulje, promatrajte dugine pruge (difrakcijski spektri) s obje strane žarne niti.

2.4. Promjenom širine proreza s 0,5 na 0,8 mm primijetite kako ta promjena utječe na difrakcijske spektre.

2.5. Nacrtajte difrakcijski uzorak u protokolu.

2.6. Promatrajte difrakcijske spektre u propusnom svjetlu koristeći komade najlona ili kambrika.

2.7. Skicirajte uočene uzorke interferencije i difrakcije.

3. Donesite zaključak o obavljenom poslu.

4. Odgovori na sigurna pitanja.

Kontrolna pitanja:

1. Kako nastaju koherentni svjetlosni valovi?

2. Koja je fizikalna karakteristika svjetlosnih valova povezana s razlikom u boji?

3. Nakon udaranja kamena na prozirni led pojavljuju se pukotine koje svjetlucaju svim duginim bojama. Zašto?

4. Što vidite kada žarulju gledate kroz ptičje pero?

5. Koja je razlika između spektra asimiliranih prizmom i difrakcijskih spektara?

LABORATORIJSKI RAD br.17.

Cilj rada : proučavati karakteristična svojstva interferencije i difrakcije svjetlosti.

Napredak

1. Najlonska rešetka

Napravili smo vrlo jednostavan uređaj za promatranje difrakcije svjetlosti u domaćim uvjetima. Za to su korišteni okviri za tobogane, komad vrlo tankog najlonskog materijala i Moment ljepilo.

Kao rezultat imamo vrlo kvalitetnu dvodimenzionalnu difrakcijsku rešetku.

Najlonske niti nalaze se jedna od druge na udaljenosti reda dimenzija valne duljine svjetlosti. Stoga ova najlonska tkanina daje prilično jasan difrakcijski uzorak. Štoviše, budući da se niti u prostoru sijeku pod pravim kutom, dobiva se dvodimenzionalna rešetka.

2. Mliječni premaz

Kod pripreme mliječne otopine jedna čajna žličica mlijeka razrijedi se s 4-5 žlica vode. Zatim se na stol stavi čista staklena ploča pripremljena kao podloga, na njezinu gornju površinu nanese se nekoliko kapi otopine, razmaže se tankim slojem po cijeloj površini i ostavi da se suši nekoliko minuta. Nakon toga, ploča se postavlja na rub, ispušta ostatke otopine i na kraju se suši još nekoliko minuta u nagnutom položaju.

3. Premaz likopodijom

Kap strojnog ili biljnog ulja nanesite na površinu čistog tanjura (može i zrnce masti, margarina, maslaca ili vazelina), razmažite u tankom sloju i lagano obrišite nauljenu površinu čistom krpom.

Tanki sloj masti koji ostaje na njemu igra ulogu ljepljive baze. Mala količina (prstohvat) lycopodiuma se izlije na ovu površinu, tanjur se nagne za 30 stupnjeva i, lupkajući rub prstom, prah se izlije na njegovu bazu. U području linjanja ostaje širok trag u obliku prilično homogenog sloja likopodija.

Mijenjajući nagib ploče, ponovite ovaj postupak nekoliko puta dok cijela površina ploče ne bude prekrivena istim slojem. Nakon toga se višak praha odlije tako da se ploča postavi okomito i njezinim rubom udari o stol ili drugi tvrdi predmet.

Sferne čestice lycopodiuma (spore mahovine) karakteriziraju konstantan promjer. Takav premaz, koji se sastoji od ogromnog broja neprozirnih kuglica istog promjera d nasumično raspoređenih po površini prozirne podloge, sličan je raspodjeli intenziteta u difrakcijskom uzorku od okruglog otvora.

Zaključak:

Uočena je interferencija svjetla:

1) Korištenje sapunskih filmova na žičanom okviru ili običnih mjehurića od sapunice;

2) Poseban uređaj "Newtonov prsten".

Promatranje difrakcije svjetlosti:

I. Mliječna ovojnica i likopodij predstavljaju prirodnu difrakcijsku rešetku, budući da su čestice mlijeka i spore likopodija po veličini bliske valnoj duljini svjetlosti. Slika je prilično svijetla i jasna ako gledate kroz ove preparate na jak izvor svjetla.

II. Difrakcijska rešetka je laboratorijski instrument rezolucije 1/200 koji omogućuje promatranje difrakcije svjetlosti u bijeloj i monosvjetlosti.

III. Ako gledate u jaki izvor svjetlosti koji škilji kroz vlastite trepavice, također možete primijetiti difrakciju.

IV. Ptičje perje (najtanje resice) Može se koristiti i kao difrakcijska rešetka, jer su razmak između resica i njihova veličina razmjerni valnoj duljini svjetlosti.

V. Laserski disk je reflektirajuća difrakcijska rešetka, čiji su utori smješteni tako blizu da predstavljaju savladivu prepreku svjetlosnom valu.

VI. Najlonska rešetka, koju smo izradili posebno za ovaj laboratorijski rad, zbog tankoće tkanine i blizine vlakana dobra je dvodimenzionalna difrakcijska rešetka.

Tema: Optika

Lekcija: Praktičan rad na temu "Promatranje interferencije i difrakcije svjetlosti"

Ime:"Promatranje interferencije i difrakcije svjetlosti".

Cilj: eksperimentalno proučavati interferenciju i difrakciju svjetlosti.

Oprema: svjetiljka s ravnom niti, 2 staklene ploče, žičani okvir, otopina sapuna, čeljust, debeli papir, komad kambrika, najlonska nit, spojnica.

Iskustvo 1

Promatranje interferencijskog uzorka pomoću staklenih ploča.

Uzimamo dvije staklene ploče, prije toga ih pažljivo obrišemo, zatim ih čvrsto savijemo i stisnemo. Taj interferencijski uzorak, koji vidimo na pločama, treba skicirati.

Da biste vidjeli promjenu slike od stupnja kompresije naočala, potrebno je uzeti steznu napravu i stisnuti ploče uz pomoć vijaka. Kao rezultat, mijenja se uzorak smetnje.

Iskustvo 2

Interferencija na tankim filmovima.

Za promatranje ovog eksperimenta, uzmimo vodu sa sapunicom i žičani okvir, zatim vidimo kako nastaje tanki film. Ako se okvir spusti u sapunicu, nakon podizanja u njemu je vidljiv film sapunice. Promatranjem ovog filma u reflektiranoj svjetlosti mogu se vidjeti interferencijske pruge.

Iskustvo 3

Smetnje mjehurića od sapunice.

Za promatranje koristimo otopinu sapuna. Pušemo mjehuriće od sapunice. Način na koji mjehurići svjetlucaju je interferencija svjetlosti (vidi sliku 1).

Riža. 1. Interferencija svjetla u mjehurićima

Slika koju promatramo može izgledati ovako (vidi sl. 2).

Riža. 2. Interferencijski uzorak

To je interferencija bijele svjetlosti kada stavimo leću na staklo i osvijetlimo je običnom bijelom svjetlošću.

Ako koristite svjetlosne filtre i osvjetljavate monokromatskim svjetlom, mijenja se interferencijski uzorak (mijenja se izmjena tamnih i svijetlih traka) (vidi sliku 3).

Riža. 3. Korištenje filtara

Sada prelazimo na promatranje difrakcije.

Difrakcija je valni fenomen svojstven svim valovima, koji se opaža na rubnim dijelovima bilo kojeg objekta.

Iskustvo 4

Difrakcija svjetlosti na malom uskom prorezu.

Napravimo razmak između čeljusti čeljusti pomicanjem njegovih dijelova uz pomoć vijaka. Da bismo promatrali difrakciju svjetlosti, stisnemo list papira između rubova čeljusti kako bi se taj list papira mogao izvući. Nakon toga ovaj uski prorez približimo okomito oku. Kada se kroz prorez promatra jaki izvor svjetlosti (žarulja sa žarnom niti), može se vidjeti ogib svjetlosti (vidi sliku 4).

Riža. 4. Difrakcija svjetlosti na tankom prorezu

Iskustvo 5

Difrakcija na debelom papiru

Ako uzmete debeli list papira i zarežete britvicom, približite li ovaj rez papira oku i promijenite položaj susjedna dva lista, možete promatrati difrakciju svjetlosti.

Iskustvo 6

Difrakcija na malom otvoru

Za promatranje takve difrakcije potrebni su nam debeli list papira i pribadača. Pomoću igle napravite malu rupu u listu. Zatim približimo rupu oku i promatramo jaki izvor svjetlosti. U tom slučaju vidljiva je difrakcija svjetlosti (vidi sliku 5).

Promjena difrakcijskog uzorka ovisi o veličini otvora.

Riža. 5. Difrakcija svjetlosti na maloj rupici

Iskustvo 7

Difrakcija svjetlosti na komadu guste prozirne tkanine (najlon, kambrik).

Uzmimo vrpcu od kambrika i, stavljajući je na malu udaljenost od očiju, pogledajmo kroz vrpcu na jaki izvor svjetlosti. Vidjet ćemo difrakciju, t.j. raznobojne pruge i svijetli križ, koji će se sastojati od linija difrakcijskog spektra.

Na slici su prikazane fotografije difrakcije koju promatramo (vidi sl. 6).

Riža. 6. Difrakcija svjetlosti

Izvješće: treba predstaviti uzorke interferencije i difrakcije koji su uočeni tijekom rada.

Promjena linija karakterizira kako se odvija jedan ili drugi postupak loma i dodavanja (oduzimanja) valova.

Na temelju difrakcijskog uzorka dobivenog iz proreza, stvoren je poseban uređaj - difrakcijska rešetka. To je skup proreza kroz koje prolazi svjetlost. Ovaj uređaj je potreban za detaljna istraživanja svjetlosti. Na primjer, pomoću difrakcijske rešetke možete odrediti valnu duljinu svjetlosti.

Fizika().
Prvog rujna. Poučne i metodičke novine ().

Laboratorija #13

Predmet: "Promatranje interferencije i difrakcije svjetlosti"

Cilj rada: eksperimentalno proučavati pojavu interferencije i difrakcije.

Oprema: električna svjetiljka s ravnom žarnom niti (jedna po razredu), dvije staklene ploče, staklena cijev, čaša s otopinom sapuna, žičani prsten s ručkom promjera 30 mm, CD, čeljust, najlonska tkanina.

Teorija:

Interferencija je pojava karakteristična za valove bilo koje prirode: mehaničke, elektromagnetske.

Interferencija valova – zbrajanje u prostoru dva (ili više) vala, pri čemu se na njegovim različitim točkama dobiva pojačanje ili slabljenje rezultirajućeg vala.

koherentan nazivaju se valovi koji imaju istu frekvenciju i stalnu faznu razliku.

Amplituda rezultirajućeg pomaka u točki C ovisi o razlici putanje valova na udaljenosti d2 – d1.

Maksimalno stanje

, (Δd=d 2 -d 1 )

Gdje k=0; ± 1; ±2; ± 3 ;…

(razlika putanje valova jednaka je parnom broju poluvalova)

Valovi iz izvora A i B doći će do točke C u istim fazama i međusobno se "pojačati".

φ A \u003d φ B - faze oscilacija

Δφ=0 - fazna razlika

A=2X maks

Minimalni uvjet

, (Δd=d 2 -d 1)

Gdje k=0; ± 1; ±2; ± 3;…

(razlika putanje valova jednaka je neparnom broju poluvalova)

Valovi iz izvora A i B doći će u točku C u protufazi i međusobno se "ugasiti".

φ A ≠φ B - faze titranja

Δφ=π - fazna razlika

A=0 je amplituda rezultirajućeg vala.

interferencijski uzorak– pravilna izmjena područja visokog i niskog intenziteta svjetlosti.

Smetnje svjetla- prostorna preraspodjela energije svjetlosnog zračenja kada se dva ili više svjetlosnih valova superponiraju.

Zbog difrakcije svjetlost odstupa od pravocrtnog prostiranja (npr. u blizini rubova prepreka).

Difrakcija – pojava odstupanja vala od pravocrtnog širenja pri prolasku kroz male rupe i zaobilaženju malih prepreka valom.

Uvjet manifestacije difrakcije: d< λ , Gdje d- veličina prepreke, λ - valna duljina. Dimenzije prepreka (rupa) moraju biti manje ili razmjerne valnoj duljini.

Postojanje ove pojave (difrakcije) ograničava domet zakona geometrijske optike i razlog je ograničavajuće rezolucije optičkih instrumenata.

Difrakcijska rešetka- optički uređaj, koji je periodična struktura velikog broja pravilno raspoređenih elemenata na kojima se svjetlost lomi. Potici s definiranim i konstantnim profilom za danu difrakcijsku rešetku ponavljaju se u redovitim intervalima d(period rešetke). Sposobnost difrakcijske rešetke da razloži snop svjetlosti koji pada na nju na valne duljine njezino je glavno svojstvo. Postoje reflektivne i prozirne difrakcijske rešetke. U modernim uređajima koriste se uglavnom reflektirajuće difrakcijske rešetke..

Uvjet za opažanje difrakcijskog maksimuma:

d sinφ=k λ, Gdje k=0; ± 1; ±2; ± 3; d- razdoblje rešetke , φ - kut pod kojim se promatraju maksimumi, i λ - valna duljina.

Iz maksimalnog uvjeta slijedi sinφ=(k λ)/d.

Neka je k=1, dakle sinφ cr =λ cr /d I sinφ f =λ f /d.

Poznato je da λ cr >λ f, stoga sinφ kr>sinφ f. Jer y= sinφ f - funkcija raste, dakle φ cr >φ f

Stoga je ljubičasta boja u difrakcijskom spektru smještena bliže središtu.

Napredak:

Iskustvo 1.Umočite žičani prsten u otopinu sapuna. Na žičanom prstenu formira se sapunski film.

Postavite ga okomito. Promatramo svijetle i tamne horizontalne pruge koje mijenjaju širinu kako se mijenja debljina filma.

Obrazloženje. Pojava svijetlih i tamnih traka objašnjava se interferencijom svjetlosnih valova reflektiranih od površine filma. trokut d = 2h. Razlika u putanji svjetlosnih valova jednaka je dvostrukoj debljini filma. Kad se postavi okomito, film ima klinasti oblik. Razlika u putanji svjetlosnih valova u njegovom gornjem dijelu bit će manja nego u donjem dijelu. Na onim mjestima filma gdje je razlika putanja jednaka parnom broju poluvalova, uočavaju se svijetle pruge. I s neparnim brojem poluvalova - tamne pruge. Horizontalni raspored pruga objašnjava se horizontalnim rasporedom linija jednake debljine filma.

Sapunski film osvijetlimo bijelim svjetlom (iz lampe). Promatramo bojanje svjetlosnih traka u spektralnim bojama: na vrhu - plavo, na dnu - crveno.

Obrazloženje. Ova boja se objašnjava ovisnošću položaja svjetlosnih traka o valnoj duljini upadne boje.

Također opažamo da se trake, šireći se i zadržavajući svoj oblik, pomiču prema dolje.

Obrazloženje. To je zbog smanjenja debljine filma, jer otopina sapuna teče prema dolje pod djelovanjem gravitacije.

Iskustvo 2. Puhnite mjehurić od sapunice staklenom cijevi i pažljivo ga pregledajte. Kada se osvijetli bijelim svjetlom, promatrajte formiranje obojenih interferencijskih prstenova, obojenih spektralnim bojama. Gornji rub svakog svjetlosnog prstena je plav, a donji je crven. Kako se debljina filma smanjuje, prstenovi se, također šireći, polako pomiču prema dolje. Njihov prstenasti oblik objašnjava se prstenastim oblikom linija jednake debljine.

Odgovori na pitanja:

Zašto se mjehurići sapunice prelijevaju?
Kakvog su oblika dugine pruge?
Zašto se boja mjehurića stalno mijenja?

Iskustvo 3. Temeljito obrišite dvije staklene ploče, spojite ih i stisnite prstima. Zbog neidealnog oblika dodirnih površina, između ploča nastaju najtanje zračne šupljine.

Kada se svjetlost reflektira od površina ploča koje tvore prazninu, pojavljuju se svijetle iridescentne pruge - u obliku prstena ili nepravilnog oblika. Kada se promijeni sila koja sabija ploče, mijenja se raspored i oblik traka. Nacrtajte slike koje vidite.

Obrazloženje: Površine ploča ne mogu biti savršeno ravne, pa se dodiruju samo na nekoliko mjesta. Oko tih mjesta stvaraju se najtanji zračni klinovi raznih oblika koji daju sliku interferencije. U propusnoj svjetlosti maksimalni uvjet 2h=kl

Odgovori na pitanja:

Zašto se na dodirnim mjestima ploča uočavaju svijetle iridescentne pruge u obliku prstena ili nepravilnog oblika?
Zašto se oblik i položaj interferencijskih pruga mijenja s pritiskom?

Iskustvo 4.Pažljivo pregledajte iz različitih kutova površinu CD-a (koji se snima).

Obrazloženje: Svjetlina difrakcijskih spektara ovisi o frekvenciji utora nastalih na disku i o kutu upadanja zraka. Gotovo paralelne zrake koje padaju iz žarulje reflektiraju se od susjednih ispupčenja između utora u točkama A i B. Zrake reflektirane pod kutom jednakim upadnom kutu tvore sliku žarulje u obliku bijele linije. Zrake reflektirane pod drugim kutovima imaju određenu razliku putanje, zbog čega se valovi zbrajaju.

Što promatraš? Objasnite uočene pojave. Opišite uzorak interferencije.

Površina CD-a je spiralna staza s korakom razmjernim valnoj duljini vidljive svjetlosti. Na fino strukturiranoj površini pojavljuju se pojave difrakcije i interferencije. Vrhunci CD-a su prelijepi.

Iskustvo 5. Pomičemo klizač čeljusti dok se između čeljusti ne stvori razmak od 0,5 mm.

Stavili smo zakošeni dio spužvi blizu oka (postavljajući razmak okomito). Kroz ovu prazninu gledamo okomito smještenu nit goruće svjetiljke. Promatramo dugine pruge paralelne s njim na obje strane niti. Mijenjamo širinu utora u rasponu od 0,05 - 0,8 mm. Pri prelasku na uže proreze, trake se razmiču, postaju šire i tvore različite spektre. Gledano kroz najširi prorez, rese su vrlo uske i blizu jedna drugoj. Nacrtaj sliku koju vidiš u svojoj bilježnici. Objasnite uočene pojave.

Iskustvo 6. Pogledajte kroz najlonsku tkaninu žarnu nit goruće svjetiljke. Okretanjem tkanine oko osi postići jasan difrakcijski uzorak u obliku dviju difrakcijskih traka ukrštenih pod pravim kutom.

Obrazloženje: Bijeli difrakcijski vrh vidljiv je u središtu kore. Pri k=0 razlika putanje vala jednaka je nuli, pa je središnji maksimum bijele boje. Križ se dobiva jer su niti tkanine dvije difrakcijske rešetke presavijene zajedno s međusobno okomitim utorima. Pojava spektralnih boja objašnjava se činjenicom da se bijela svjetlost sastoji od valova različitih duljina. Difrakcijski maksimum svjetlosti za različite valne duljine dobiva se na različitim mjestima.

Skicirajte promatrani difrakcijski križ. Objasnite uočene pojave.

Zabilježite izlaz. Navedite u kojem je od vaših pokusa uočena pojava interferencije, a u kojem difrakcija..

Kontrolna pitanja:

Što je svjetlost?
Tko je dokazao da je svjetlost elektromagnetski val?
Što se zove interferencija svjetlosti? Koji su maksimalni i minimalni uvjeti za smetnje?
Mogu li svjetlosni valovi dviju žarulja sa žarnom niti interferirati? Zašto?
Što je difrakcija svjetlosti?
Ovisi li položaj glavnih difrakcijskih maksimuma o broju proreza rešetke?

Popularno u kategoriji: