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Lavoro di laboratorio nell'osservazione fisica della diffrazione della luce. Argomento: Osservazione dell'interferenza e diffrazione della luce

Lavoro di laboratorio su questo argomento: "Osservazione di interferenza e diffrazione della luce"

Obiettivo del lavoro: studiare sperimentalmente il fenomeno dell'interferenza e della diffrazione.

Attrezzatura: una lampada elettrica a filamento rettilineo, due lastre di vetro, un tubo di vetro, un bicchiere con una soluzione di sapone, un anello di filo con un manico di 30 mm di diametro, un CD, un calibro, tessuto di nylon.

Teoria: L'interferenza è un fenomeno caratteristico delle onde di qualsiasi natura: meccanica, elettromagnetica.

Interferenza delle onde – addizione nello spazio di due (o più) onde, in cui nei suoi diversi punti si ottiene un'amplificazione o un'attenuazione dell'onda risultante.

Tipicamente, l'interferenza si osserva quando la sovrapposizione di onde emesse dalla stessa sorgente luminosa, che è arrivata a un dato punto in modi diversi. È impossibile ottenere uno schema di interferenza da due fonti indipendenti, poiché le molecole o gli atomi emettono luce in treni d'onda separati, indipendentemente l'uno dall'altro. Gli atomi emettono frammenti di onde luminose (treni), in cui le fasi delle oscillazioni sono casuali. Gli tsugi sono lunghi circa 1 metro. Treni d'onda di atomi diversi sono sovrapposti l'uno all'altro. L'ampiezza delle oscillazioni risultanti cambia in modo caotico nel tempo così rapidamente che l'occhio non ha il tempo di percepire questo cambiamento di immagini. Pertanto, una persona vede lo spazio uniformemente illuminato. Per formare uno schema di interferenza stabile, sono necessarie sorgenti d'onda coerenti (accoppiate).

coerente chiamate onde che hanno la stessa frequenza e una differenza di fase costante.

L'ampiezza dello spostamento risultante nel punto C dipende dalla differenza nel percorso delle onde alla distanza d2 – d1.

Condizione massima

, (Δd=d 2 -d 1 )

dove k=0; ± 1; ±2; ± 3 ;…

(la differenza nel percorso delle onde è pari ad un numero pari di semionde)

Le onde provenienti dalle sorgenti A e B arriveranno al punto C nelle stesse fasi e si "amplificano a vicenda".

φA = φB - fasi di oscillazione

Δφ=0 - differenza di fase

A=2X max

Condizione minima

, (Δd=d 2 -d 1 )

dove k=0; ± 1; ±2; ± 3;...

(la differenza nel percorso delle onde è pari a un numero dispari di semionde)

Le onde dalle sorgenti A e B arriveranno al punto C in antifase e "si estingueranno a vicenda".

φ A ≠φ B - fasi di oscillazione

Δφ=π - differenza di fase

A=0 è l'ampiezza dell'onda risultante.

modello di interferenza– alternanza regolare di aree ad alta e bassa intensità luminosa.

Interferenza luminosa- ridistribuzione spaziale dell'energia della radiazione luminosa quando due o più onde luminose sono sovrapposte.

A causa della diffrazione, la luce devia da una propagazione rettilinea (ad esempio, vicino ai bordi degli ostacoli).

Diffrazione - il fenomeno della deviazione dell'onda dalla propagazione rettilinea quando si attraversano piccoli fori e si aggirano piccoli ostacoli da parte dell'onda.

Condizione di manifestazione della diffrazione:D , dove d - la dimensione dell'ostacolo,λ - lunghezza d'onda. Le dimensioni degli ostacoli (fori) devono essere inferiori o commisurate alla lunghezza d'onda.

L'esistenza di questo fenomeno (diffrazione) limita la portata delle leggi dell'ottica geometrica ed è la ragione della limitazione della risoluzione degli strumenti ottici.

Reticolo di diffrazione- un dispositivo ottico, che è una struttura periodica di un largo numero elementi regolarmente distanziati su cui la luce viene diffratta. I tratti con un profilo definito e costante per un dato reticolo di diffrazione vengono ripetuti a intervalli regolari D (periodo reticolare). La capacità di un reticolo di diffrazione di scomporre un raggio di luce incidente su di esso in lunghezze d'onda è la sua proprietà principale. Ci sono reticoli di diffrazione riflettenti e trasparenti.IN elettrodomestici moderni vengono utilizzati principalmente reticoli di diffrazione riflettenti.

La condizione per osservare il massimo di diffrazione:

d sinφ=k λ, dove k=0; ± 1; ±2; ± 3; d - periodo di reticolo, φ - l'angolo al quale si osservano i massimi, eλ è la lunghezza d'onda.

Dalla condizione massima segue sinφ=(kλ)/d .

Sia k=1, allora sinφ cr =λ cr /d e sinφ f =λ f /d.

È noto che λ cr >λ f , quindi sinφ cr >sinφ f . Perché y= sinφ f - la funzione è quindi crescenteφ cr > φ f

Ecco perché viola nello spettro di diffrazione si trova più vicino al centro.

Nei fenomeni di interferenza e diffrazione della luce si osserva la legge di conservazione dell'energia. Nell'area di interferenza, l'energia luminosa viene solo ridistribuita senza essere convertita in altri tipi di energia. L'aumento di energia in alcuni punti del modello di interferenza rispetto all'energia luminosa totale è compensato dalla sua diminuzione in altri punti (l'energia luminosa totale è l'energia luminosa di due fasci di luce provenienti da sorgenti indipendenti). Le strisce chiare corrispondono ai massimi di energia, le strisce scure corrispondono ai minimi di energia.

Progresso:

Esperienza 1. Immergi l'anello di filo metallico nella soluzione di sapone.Sull'anello di filo si forma una pellicola di sapone.

Posizionalo verticalmente. Osserviamo strisce orizzontali chiare e scure che cambiano di larghezza al variare dello spessore del film.

Spiegazione. L'aspetto delle bande chiare e scure è spiegato dall'interferenza delle onde luminose riflesse dalla superficie del film. triangolo d = 2h.La differenza nel percorso delle onde luminose è pari al doppio dello spessore del film.Se posizionato verticalmente, il film ha una forma a cuneo. La differenza nel percorso delle onde luminose nella sua parte superiore sarà minore che nella sua parte inferiore. In quei punti del film in cui la differenza di percorso è pari a un numero pari di semionde, si osservano strisce luminose. E con un numero dispari di mezze onde - strisce scure. La disposizione orizzontale delle strisce è spiegata dalla disposizione orizzontale delle linee di uguale spessore del film.

Illuminiamo il film di sapone con luce bianca (dalla lampada). Osserviamo la colorazione delle bande luminose nei colori spettrali: in alto - blu, in basso - rosso.

Spiegazione. Questa colorazione è spiegata dalla dipendenza della posizione delle bande luminose dalla lunghezza d'onda del colore incidente.

Osserviamo anche che le bande, espandendosi e mantenendo la loro forma, si spostano verso il basso.

Spiegazione. Ciò è dovuto a una diminuzione dello spessore del film, poiché la soluzione di sapone scorre verso il basso sotto l'azione della gravità.

Esperienza 2. Soffia una bolla di sapone con un tubo di vetro ed esaminala attentamente.Quando illuminato con luce bianca, osserva la formazione di anelli di interferenza colorati, colorati in colori spettrali. Il bordo superiore di ogni anello luminoso ha Colore blu, quello inferiore è rosso. Man mano che lo spessore del film diminuisce, gli anelli, anch'essi in espansione, si abbassano lentamente. La loro forma anulare è spiegata dalla forma anulare di linee di uguale spessore.

Rispondere alle domande:

Perché le bolle di sapone sono iridescenti?
Che forma hanno le strisce arcobaleno?
Perché il colore della bolla cambia continuamente?

Esperienza 3 *. Pulisci accuratamente due lastre di vetro, uniscile e strizzale con le dita. A causa della forma non ideale delle superfici a contatto, tra le piastre si formano i vuoti d'aria più sottili.

	Quando la luce viene riflessa dalle superfici delle lastre che formano lo spazio, compaiono strisce iridescenti luminose - a forma di anello o forma irregolare. Quando la forza che comprime le piastre cambia, la disposizione e la forma delle strisce cambiano.Disegna le immagini che vedi.

Spiegazione: Le superfici delle lastre non possono essere perfettamente piane, quindi si toccano solo in pochi punti. I cunei d'aria più sottili si formano attorno a questi luoghi. varie forme fornendo un'immagine dell'interferenza. In luce trasmessa, la condizione massima 2h=kl

Rispondere alle domande:

Perché si osservano strisce luminose iridescenti a forma di anello o di forma irregolare nei punti di contatto delle placche?

Spiegazione : La luminosità degli spettri di diffrazione dipende dalla frequenza dei solchi depositati sul disco e dall'angolo di incidenza dei raggi. I raggi quasi paralleli incidenti dal filamento della lampada vengono riflessi dai rigonfiamenti adiacenti tra le scanalature nei punti A e B. I raggi riflessi con un angolo uguale all'angolo di incidenza formano un'immagine del filamento della lampada sotto forma di una linea bianca. I raggi riflessi ad altri angoli hanno una certa differenza di percorso, a seguito della quale vengono aggiunte le onde.

Cosa stai osservando? Spiegare i fenomeni osservati. Descrivi lo schema di interferenza.

La superficie di un CD è una traccia a spirale con un passo commisurato alla lunghezza d'onda della luce visibile. Su una superficie finemente strutturata compaiono fenomeni di diffrazione e interferenza. I punti salienti dei CD sono iridescenti.

Esperienza 5. Guarda attraverso il tessuto di nylon il filamento di una lampada accesa. Ruotando il tessuto attorno all'asse, si ottiene un chiaro schema di diffrazione sotto forma di due bande di diffrazione incrociate ad angolo retto.

Spiegazione : Un picco di diffrazione bianco è visibile al centro della croce. A k=0, la differenza del percorso dell'onda è uguale a zero, quindi il massimo centrale è bianco. La croce si ottiene perché i fili del tessuto sono due reticoli di diffrazione piegati insieme con asole tra loro perpendicolari. L'aspetto dei colori spettrali è spiegato dal fatto che luce bianca costituito da onde di varia lunghezza. Il massimo di diffrazione della luce per diverse lunghezze d'onda si ottiene in posizioni diverse.

Disegna la croce di diffrazione osservata.Spiegare i fenomeni osservati.

Registra l'output. Indica in quale dei tuoi esperimenti è stato osservato il fenomeno dell'interferenza e in quale diffrazione.

Obiettivo del lavoro: osservare l'interferenza e la diffrazione della luce.

Teoria.Interferenza luminosa. Le proprietà ondulatorie della luce si rivelano più chiaramente nei fenomeni di interferenza e diffrazione. L'interferenza della luce spiega il colore delle bolle di sapone e dei sottili film d'olio sull'acqua, sebbene la soluzione saponata e l'olio siano incolori. Le onde luminose sono parzialmente riflesse dalla superficie di un film sottile e parzialmente vi passano dentro. Sul secondo limite del film si verifica nuovamente la riflessione parziale delle onde (Fig. 1). Le onde luminose riflesse da due superfici di un film sottile viaggiano nella stessa direzione ma percorrono percorsi diversi.

Immagine 1.

Con una differenza di percorso che è un multiplo di un numero intero di lunghezze d'onda:

si osserva un massimo di interferenza.

Per la differenza l, multiplo di un numero dispari di semionde:

, (2)

si osserva un minimo di interferenza. Quando la condizione massima è soddisfatta per una lunghezza d'onda della luce, non è soddisfatta per altre lunghezze d'onda. Pertanto, una sottile pellicola trasparente incolore illuminata da luce bianca appare colorata. Quando si modifica lo spessore del film o l'angolo di incidenza delle onde luminose, la differenza di percorso cambia e la condizione massima è soddisfatta per la luce con una lunghezza d'onda diversa.

Il fenomeno dell'interferenza nei film sottili viene utilizzato per controllare la qualità del trattamento superficiale, l'antiriflesso dell'ottica.

Diffrazione della luce. Quando la luce passa attraverso un piccolo foro sullo schermo, attorno al punto luminoso centrale si osservano alternanza di anelli scuri e chiari (Fig. 2).

Figura 2.

Se la luce passa attraverso un bersaglio stretto, si ottiene l'immagine mostrata nella Figura 3.

Figura 3

Il fenomeno della deflessione della luce dalla direzione rettilinea di propagazione quando passa al bordo della barriera è chiamato diffrazione della luce.

Il fisico francese Fresnel spiegò la comparsa di anelli chiari e scuri alternati nella regione dell'ombra geometrica con il fatto che le onde luminose provenienti dalla diffrazione da punti diversi i fori in un punto dello schermo interferiscono tra loro.

Strumenti e accessori: lastre di vetro - 2 pz., toppe in nylon o cambric, pellicola illuminata con una fessura fatta con una lama di rasoio, un disco di grammofono (o un frammento di un disco di grammofono), un calibro, una lampada con un filamento dritto (uno per l'intero gruppo), matite colorate.

Procedura di lavoro:

1. Osservazione dell'interferenza:

1.1. Pulisci accuratamente le lastre di vetro, uniscile e stringi con le dita.

1.2. Esaminare le lastre in luce riflessa su fondo scuro (devono essere posizionate in modo che sulla superficie del vetro non si formino riflessi troppo luminosi da finestre o pareti bianche).

1.3. In alcuni punti in cui le placche entrano in contatto, si possono osservare strisce iridescenti luminose a forma di anello o di forma irregolare.

1.4. Notare i cambiamenti nella forma e nella posizione delle frange di interferenza ottenute con un cambiamento di pressione.

1.5. Prova a vedere lo schema di interferenza nella luce trasmessa e disegnalo nel protocollo.

1.6. Considera lo schema di interferenza quando la luce colpisce la superficie del CD e disegnalo nel protocollo.

2. Osservazione di diffrazione:

2.1. Installare uno spazio largo 0,5 mm tra le ganasce della pinza.

2.2. Attacca la fessura vicino all'occhio, posizionandola orizzontalmente.

2.3. Guardando attraverso la fenditura un filamento di lampada luminoso posizionato orizzontalmente, osserva le strisce arcobaleno (spettri di diffrazione) su entrambi i lati del filamento.

2.4. Modificando la larghezza della fenditura da 0,5 a 0,8 mm, si noti come questo cambiamento influisca sugli spettri di diffrazione.

2.5. Disegna il modello di diffrazione nel protocollo.

2.6. Osservare gli spettri di diffrazione nella luce trasmessa utilizzando patch di nylon o cambric.

2.7. Disegna i modelli osservati di interferenza e diffrazione.

3. Fai una conclusione sul lavoro svolto.

4. Rispondere alle domande di sicurezza.

Domande di controllo:

1. Come vengono prodotte onde luminose coerenti?

2. Quale caratteristica fisica delle onde luminose è associata alla differenza di colore?

3. Dopo aver colpito la pietra ghiaccio trasparente appaiono crepe, luccicanti di tutti i colori dell'arcobaleno. Perché?

4. Cosa vedi quando guardi una lampadina attraverso la piuma di un uccello?

5. Qual è la differenza tra gli spettri assimilati da un prisma e gli spettri di diffrazione?

LAVORO DI LABORATORIO N. 17.

Obiettivo del lavoro : Esplorare caratteristiche interferenza e diffrazione della luce.

Progresso

1. Reticolo di nylon

Abbiamo realizzato un dispositivo molto semplice per osservare la diffrazione della luce in condizioni domestiche. Per questo sono stati utilizzati telai per diapositive, un pezzo di materiale di nylon molto sottile e la colla Moment.

Di conseguenza, abbiamo un reticolo di diffrazione bidimensionale di altissima qualità.

I fili di nylon si trovano l'uno dall'altro a una distanza dell'ordine delle dimensioni della lunghezza d'onda della luce. Pertanto, questo tessuto di nylon fornisce uno schema di diffrazione abbastanza chiaro. Inoltre, poiché i fili nello spazio si intersecano ad angolo retto, si ottiene un reticolo bidimensionale.

2. Rivestimento al latte

Quando si prepara una soluzione di latte, un cucchiaino di latte viene diluito con 4-5 cucchiai di acqua. Quindi si pone sul tavolo una lastra di vetro pulita preparata come substrato, si applicano alcune gocce della soluzione sulla sua superficie superiore, si spalma con uno strato sottile su tutta la superficie e si lascia asciugare per alcuni minuti. Successivamente, la piastra viene posta sul bordo, drenando i resti della soluzione, e infine asciugata per qualche altro minuto in posizione inclinata.

3. Rivestimento con licopodio

Una goccia di macchina o olio vegetale viene applicata sulla superficie di un piatto pulito (puoi usare un granello di grasso, margarina, burro o vaselina) spalmato con uno strato sottile e strofinare delicatamente la superficie spalmata con un panno pulito.

Il sottile strato di grasso rimasto su di esso svolge il ruolo di base adesiva. Su questa superficie si versa una piccola quantità (un pizzico) di licopodio, si inclina il piatto di 30 gradi e, picchiettando il bordo con un dito, si versa la polvere alla sua base. Nell'area di spargimento rimane un'ampia traccia sotto forma di uno strato abbastanza omogeneo di licopodio.

Modificando la pendenza della lastra, ripetere questa procedura più volte fino a ricoprire l'intera superficie della lastra con uno strato simile. Successivamente, la polvere in eccesso viene versata posizionando la piastra verticalmente e colpendo il suo bordo su un tavolo o altro oggetto duro.

Le particelle sferiche di licopodio (spore di muschio) sono caratterizzate da un diametro costante. Tale rivestimento, costituito da un numero enorme di sfere opache dello stesso diametro d distribuite casualmente sulla superficie di un substrato trasparente, è simile alla distribuzione dell'intensità nel modello di diffrazione da un foro rotondo.

Conclusione:

Si osserva un'interferenza della luce:

1) Utilizzo di pellicole di sapone su un telaio metallico o normali bolle di sapone;

2) Un dispositivo speciale "anello di Newton".

Osservazione della diffrazione della luce:

I. Il rivestimento lattiginoso e il licopodio rappresentano un reticolo di diffrazione naturale, poiché le particelle di latte e le spore di licopodio hanno dimensioni vicine alla lunghezza d'onda della luce. L'immagine è abbastanza luminosa e chiara se guardi attraverso questi preparativi una fonte di luce intensa.

II. Un reticolo di diffrazione è uno strumento da laboratorio con una risoluzione di 1/200 che permette di osservare la diffrazione della luce in bianco e monoluce.

III. Se guardi una fonte di luce intensa che strizza gli occhi attraverso le tue ciglia, puoi anche osservare la diffrazione.

IV. Piuma di uccelli (i villi più sottili) Può essere utilizzata anche come reticolo di diffrazione, perché la distanza tra i villi e la loro dimensione è commisurata alla lunghezza d'onda della luce.

V. Il disco laser è un reticolo di diffrazione riflettente, le cui scanalature si trovano così vicine da rappresentare un ostacolo superabile per l'onda luminosa.

VI. Il reticolo in nylon, che abbiamo realizzato appositamente per questo lavoro di laboratorio, per la sottigliezza del tessuto e la vicinanza delle fibre, è un buon reticolo di diffrazione bidimensionale.

Tema: Ottica

Lezione: Lavoro pratico sul tema "Osservazione di interferenze e diffrazione della luce"

Nome:"Osservazione di interferenza e diffrazione della luce".

Bersaglio: studiare sperimentalmente l'interferenza e la diffrazione della luce.

Attrezzatura: lampada con filamento dritto, 2 lastre di vetro, telaio in filo metallico, soluzione di sapone, calibro, carta spessa, pezzo di cambric, filo di nylon, clip.

Esperienza 1

Osservazione della figura di interferenza mediante lastre di vetro.

Prendiamo due lastre di vetro, prima le puliamo accuratamente, quindi le pieghiamo bene e le strizziamo. Quel modello di interferenza, che vediamo nelle lastre, deve essere abbozzato.

Per vedere il cambiamento nell'immagine dal grado di compressione degli occhiali, è necessario prendere il dispositivo di bloccaggio e comprimere le piastre con l'ausilio di viti. Di conseguenza, il modello di interferenza cambia.

Esperienza 2

Interferenza su film sottili.

Per osservare questo esperimento, prendiamo dell'acqua saponosa e un telaio metallico, quindi vediamo come si forma una pellicola sottile. Se il telaio viene abbassato in acqua saponosa, dopo averlo sollevato, al suo interno è visibile una pellicola di sapone. Osservando questo film in luce riflessa, si possono vedere frange di interferenza.

Esperienza 3

Interferenza della bolla di sapone.

Per l'osservazione, usiamo una soluzione saponosa. Facciamo bolle di sapone. Il modo in cui le bolle brillano è l'interferenza della luce (vedi Fig. 1).

Riso. 1. Interferenza luminosa nelle bolle

L'immagine che osserviamo potrebbe assomigliare a questa (vedi Fig. 2).

Riso. 2. Modello di interferenza

Questa è un'interferenza della luce bianca quando mettiamo una lente sul vetro e la illuminiamo con una semplice luce bianca.

Se si utilizzano filtri luminosi e si illumina con luce monocromatica, il modello di interferenza cambia (cambia l'alternanza di bande scure e chiare) (vedere Fig. 3).

Riso. 3. Utilizzo di filtri

Passiamo ora all'osservazione della diffrazione.

La diffrazione è un fenomeno ondulatorio inerente a tutte le onde, che si osserva ai bordi di qualsiasi oggetto.

Esperienza 4

Diffrazione della luce da una piccola fenditura stretta.

Creiamo uno spazio tra le ganasce della pinza spostando le sue parti con l'aiuto di viti. Per osservare la diffrazione della luce, fissiamo un foglio di carta tra le labbra del calibro in modo che questo foglio di carta possa poi essere estratto. Successivamente, portiamo questa stretta fessura perpendicolarmente vicino all'occhio. Quando si osserva una fonte di luce intensa (una lampada a incandescenza) attraverso la fenditura, si può vedere la diffrazione della luce (vedi Fig. 4).

Riso. 4. Diffrazione della luce da una sottile fenditura

Esperienza 5

Diffrazione su carta spessa

Se prendi un foglio di carta spesso e fai un'incisione con un rasoio, avvicinando questo taglio di carta all'occhio e cambiando la posizione delle due foglie adiacenti, puoi osservare la diffrazione della luce.

Esperienza 6

Diffrazione in un piccolo foro

Per osservare tale diffrazione, abbiamo bisogno di un grosso foglio di carta e di uno spillo. Usando uno spillo, fai un piccolo foro nel foglio. Quindi avviciniamo il foro all'occhio e osserviamo una fonte di luce intensa. In questo caso è visibile la diffrazione della luce (vedi Fig. 5).

Il cambiamento nel modello di diffrazione dipende dalla dimensione dell'apertura.

Riso. 5. Diffrazione della luce da un piccolo foro

Esperienza 7

Diffrazione della luce su un pezzo di tessuto trasparente denso (nylon, cambric).

Prendiamo un nastro di cambrico e, posizionandolo a poca distanza dagli occhi, guardiamo attraverso il nastro una fonte di luce intensa. Vedremo la diffrazione, i.e. strisce multicolori e una croce luminosa, che consisterà in linee dello spettro di diffrazione.

La figura mostra le fotografie della diffrazione che osserviamo (vedi Fig. 6).

Riso. 6. Diffrazione della luce

Rapporto: dovrebbe presentare i modelli di interferenza e diffrazione che sono stati osservati durante il lavoro.

Il cambiamento nelle linee caratterizza il modo in cui si verifica l'una o l'altra procedura di rifrazione e addizione (sottrazione) di onde.

Sulla base del modello di diffrazione ottenuto dalla fenditura, è stato creato un dispositivo speciale: reticolo di diffrazione. È un insieme di fessure attraverso le quali passa la luce. Questo dispositivo è necessario per condurre studi dettagliati sulla luce. Ad esempio, utilizzando un reticolo di diffrazione, è possibile determinare la lunghezza d'onda della luce.

Fisica().
Primo settembre. Giornale educativo e metodico ().

Laboratorio #13

Soggetto: "Osservazione di interferenza e diffrazione della luce"

Obiettivo del lavoro: studiare sperimentalmente il fenomeno dell'interferenza e della diffrazione.

Attrezzatura: una lampada elettrica a filamento rettilineo (una per classe), due lastre di vetro, un tubo di vetro, un bicchiere con una soluzione di sapone, un anello di filo con manico di diametro 30 mm, un CD, un calibro, tessuto di nylon.

Teoria:

L'interferenza è un fenomeno caratteristico delle onde di qualsiasi natura: meccanica, elettromagnetica.

Interferenza delle onde – addizione nello spazio di due (o più) onde, in cui nei suoi diversi punti si ottiene un'amplificazione o un'attenuazione dell'onda risultante.

coerente chiamate onde che hanno la stessa frequenza e una differenza di fase costante.

L'ampiezza dello spostamento risultante nel punto C dipende dalla differenza nel percorso delle onde alla distanza d2 – d1.

Condizione massima

, (Δd=d2-d1 )

Dove k=0; ± 1; ±2; ± 3 ;…

(la differenza nel percorso delle onde è pari ad un numero pari di semionde)

Le onde provenienti dalle sorgenti A e B arriveranno al punto C nelle stesse fasi e si "amplificano a vicenda".

φ A \u003d φ B - fasi di oscillazione

Δφ=0 - differenza di fase

A=2X max

Condizione minima

, (Δd=d2-d1)

Dove k=0; ± 1; ±2; ± 3;…

(la differenza nel percorso delle onde è pari a un numero dispari di semionde)

Le onde dalle sorgenti A e B arriveranno al punto C in antifase e "si estingueranno a vicenda".

φ A ≠φ B - fasi di oscillazione

Δφ=π - differenza di fase

A=0 è l'ampiezza dell'onda risultante.

modello di interferenza– alternanza regolare di aree ad alta e bassa intensità luminosa.

Interferenza luminosa- ridistribuzione spaziale dell'energia della radiazione luminosa quando due o più onde luminose sono sovrapposte.

A causa della diffrazione, la luce devia da una propagazione rettilinea (ad esempio, vicino ai bordi degli ostacoli).

Diffrazione – il fenomeno della deviazione dell'onda dalla propagazione rettilinea quando si attraversano piccoli fori e si aggirano piccoli ostacoli da parte dell'onda.

Condizione di manifestazione della diffrazione: D< λ , Dove D- la dimensione dell'ostacolo, λ - lunghezza d'onda. Le dimensioni degli ostacoli (fori) devono essere inferiori o commisurate alla lunghezza d'onda.

L'esistenza di questo fenomeno (diffrazione) limita la portata delle leggi dell'ottica geometrica ed è la ragione della limitazione della risoluzione degli strumenti ottici.

Reticolo di diffrazione- un dispositivo ottico, che è una struttura periodica di un gran numero di elementi disposti regolarmente su cui la luce viene diffratta. I tratti con un profilo definito e costante per un dato reticolo di diffrazione vengono ripetuti a intervalli regolari D(periodo reticolare). La capacità di un reticolo di diffrazione di scomporre un raggio di luce incidente su di esso in lunghezze d'onda è la sua proprietà principale. Ci sono reticoli di diffrazione riflettenti e trasparenti. Nei dispositivi moderni vengono utilizzati principalmente reticoli di diffrazione riflettenti..

La condizione per osservare il massimo di diffrazione:

d sinφ=k λ, Dove k=0; ± 1; ±2; ± 3; D- periodo di grata , φ - l'angolo al quale si osservano i massimi, e λ - lunghezza d'onda.

Dalla condizione massima segue sinφ=(kλ)/d.

Sia k=1, allora sinφ cr =λ cr /d E sinφ f =λ f /d.

È risaputo che λ cr > λ f, quindi sinφ cr>sinφ f. Perché e= sinφ f - la funzione è quindi crescente φ cr > φ f

Pertanto, il colore viola nello spettro di diffrazione si trova più vicino al centro.

Progresso:

Esperienza 1.Immergi l'anello di filo metallico nella soluzione di sapone. Sull'anello di filo si forma una pellicola di sapone.

Posizionalo verticalmente. Osserviamo strisce orizzontali chiare e scure che cambiano di larghezza al variare dello spessore del film.

Spiegazione. L'aspetto delle bande chiare e scure è spiegato dall'interferenza delle onde luminose riflesse dalla superficie del film. triangolo d = 2h. La differenza nel percorso delle onde luminose è pari al doppio dello spessore del film. Se posizionato verticalmente, il film ha una forma a cuneo. La differenza nel percorso delle onde luminose nella sua parte superiore sarà minore che nella sua parte inferiore. In quei punti del film in cui la differenza di percorso è pari a un numero pari di semionde, si osservano strisce luminose. E con un numero dispari di mezze onde - strisce scure. La disposizione orizzontale delle strisce è spiegata dalla disposizione orizzontale delle linee di uguale spessore del film.

Illuminiamo il film di sapone con luce bianca (dalla lampada). Osserviamo la colorazione delle bande luminose nei colori spettrali: in alto - blu, in basso - rosso.

Spiegazione. Questa colorazione è spiegata dalla dipendenza della posizione delle bande luminose dalla lunghezza d'onda del colore incidente.

Osserviamo anche che le bande, espandendosi e mantenendo la loro forma, si spostano verso il basso.

Spiegazione. Ciò è dovuto a una diminuzione dello spessore del film, poiché la soluzione di sapone scorre verso il basso sotto l'azione della gravità.

Esperienza 2. Soffia una bolla di sapone con un tubo di vetro ed esaminala attentamente. Quando illuminato con luce bianca, osserva la formazione di anelli di interferenza colorati, colorati in colori spettrali. Il bordo superiore di ogni anello luminoso è blu, quello inferiore è rosso. Man mano che lo spessore del film diminuisce, gli anelli, anch'essi in espansione, si abbassano lentamente. La loro forma anulare è spiegata dalla forma anulare di linee di uguale spessore.

Rispondere alle domande:

Perché le bolle di sapone sono iridescenti?
Che forma hanno le strisce arcobaleno?
Perché il colore della bolla cambia continuamente?

Esperienza 3. Pulisci accuratamente due lastre di vetro, uniscile e strizzale con le dita. A causa della forma non ideale delle superfici a contatto, tra le piastre si formano i vuoti d'aria più sottili.

Quando la luce viene riflessa dalle superfici delle lastre che formano lo spazio, compaiono strisce iridescenti luminose, a forma di anello o di forma irregolare. Quando la forza che comprime le piastre cambia, la disposizione e la forma delle strisce cambiano. Disegna le immagini che vedi.

Spiegazione: Le superfici delle lastre non possono essere perfettamente piane, quindi si toccano solo in pochi punti. Intorno a questi luoghi si formano i cunei d'aria più sottili di varie forme, che danno un'immagine di interferenza. In luce trasmessa, la condizione massima 2h=kl

Rispondere alle domande:

Perché si osservano strisce luminose iridescenti a forma di anello o di forma irregolare nei punti di contatto delle placche?
Perché la forma e la posizione delle frange di interferenza cambiano con la pressione?

Esperienza 4.Esaminare attentamente da diverse angolazioni la superficie del CD (che si sta registrando).

Spiegazione: La luminosità degli spettri di diffrazione dipende dalla frequenza dei solchi depositati sul disco e dall'angolo di incidenza dei raggi. I raggi quasi paralleli incidenti dal filamento della lampada vengono riflessi dai rigonfiamenti adiacenti tra le scanalature nei punti A e B. I raggi riflessi con un angolo uguale all'angolo di incidenza formano un'immagine del filamento della lampada sotto forma di una linea bianca. I raggi riflessi ad altri angoli hanno una certa differenza di percorso, a seguito della quale vengono aggiunte le onde.

Cosa stai osservando? Spiegare i fenomeni osservati. Descrivi lo schema di interferenza.

Esperienza 5. Spostiamo il cursore della pinza fino a formare uno spazio di 0,5 mm di larghezza tra le ganasce.

Mettiamo la parte smussata delle spugne vicino all'occhio (posizionando lo spazio verticalmente). Attraverso questo spazio guardiamo il filo posizionato verticalmente della lampada accesa. Osserviamo strisce arcobaleno parallele ad esso su entrambi i lati del filo. Modifichiamo la larghezza della fessura nell'intervallo 0,05 - 0,8 mm. Quando ci si sposta in più fessure strette le bande si allontanano, si allargano e formano spettri distinti. Se viste attraverso la fessura più ampia, le frange sono molto strette e vicine l'una all'altra. Disegna l'immagine che vedi sul tuo quaderno. Spiega i fenomeni osservati.

Esperienza 6. Guarda attraverso il tessuto di nylon il filamento di una lampada accesa. Ruotando il tessuto attorno all'asse, si ottiene un chiaro schema di diffrazione sotto forma di due bande di diffrazione incrociate ad angolo retto.

Spiegazione: Un picco di diffrazione bianco è visibile al centro della crosta. A k=0, la differenza del percorso dell'onda è uguale a zero, quindi il massimo centrale è bianco. La croce si ottiene perché i fili del tessuto sono due reticoli di diffrazione piegati insieme con asole tra loro perpendicolari. L'aspetto dei colori spettrali è spiegato dal fatto che la luce bianca è costituita da onde di diverse lunghezze. Il massimo di diffrazione della luce per diverse lunghezze d'onda si ottiene in posizioni diverse.

Disegna la croce di diffrazione osservata. Spiegare i fenomeni osservati.

Registra l'output. Indica in quale dei tuoi esperimenti è stato osservato il fenomeno dell'interferenza e in quale diffrazione.

Domande di controllo:

Cos'è la luce?
Chi ha dimostrato che la luce è un'onda elettromagnetica?
Cosa si chiama interferenza della luce? Quali sono le condizioni massime e minime per l'interferenza?
Le onde luminose di due lampadine a incandescenza possono interferire? Perché?
Cos'è la diffrazione della luce?
La posizione dei principali massimi di diffrazione dipende dal numero di fenditure del reticolo?

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