rumah › Cahaya dan kaca › Kerja makmal dalam pemerhatian fizik pembelauan cahaya. Topik: Pemerhatian gangguan dan pembelauan cahaya

Kerja makmal dalam pemerhatian fizik pembelauan cahaya. Topik: Pemerhatian gangguan dan pembelauan cahaya

Kerja makmal mengenai topik: "Pemerhatian gangguan dan pembelauan cahaya"

Matlamat kerja: mengkaji secara eksperimen fenomena gangguan dan pembelauan.

peralatan: lampu elektrik dengan filamen lurus, dua plat kaca, tiub kaca, kaca dengan larutan sabun, gelang dawai dengan pemegang dengan diameter 30 mm, CD, caliper, kain nilon.

Teori: Gangguan adalah ciri fenomena gelombang dalam sebarang sifat: mekanikal, elektromagnet.

Gangguan gelombang – penambahan dalam ruang dua (atau beberapa) gelombang, di mana pada titik yang berbeza penguatan atau pengecilan gelombang yang terhasil diperolehi.

Biasanya, gangguan diperhatikan apabila superposisi gelombang yang dipancarkan oleh sumber cahaya yang sama, yang datang ke titik tertentu dengan cara yang berbeza. Adalah mustahil untuk mendapatkan corak gangguan daripada dua sumber bebas, kerana molekul atau atom memancarkan cahaya dalam rangkaian gelombang yang berasingan, secara bebas antara satu sama lain. Atom memancarkan serpihan gelombang cahaya (kereta api), di mana fasa ayunan adalah rawak. Tsugi adalah kira-kira 1 meter panjang. Kereta api gelombang atom yang berbeza ditindih antara satu sama lain. Amplitud ayunan yang terhasil berubah secara huru-hara dengan masa dengan begitu cepat sehingga mata tidak mempunyai masa untuk merasakan perubahan gambar ini. Oleh itu, seseorang melihat ruang yang terang benderang. Untuk membentuk corak gangguan yang stabil, sumber gelombang yang koheren (padanan) diperlukan.

koheren dipanggil gelombang yang mempunyai frekuensi yang sama dan perbezaan fasa yang tetap.

Amplitud anjakan yang terhasil pada titik C bergantung kepada perbezaan laluan gelombang pada jarak d2 – d1.

Keadaan maksimum

, (Δd=d 2 -d 1 )

di mana k=0; ± 1; ±2; ± 3 ;…

(perbezaan dalam laluan gelombang adalah sama dengan bilangan genap separuh gelombang)

Gelombang dari sumber A dan B akan datang ke titik C dalam fasa yang sama dan "menguatkan satu sama lain".

φ A = φ B - fasa ayunan

Δφ=0 - perbezaan fasa

A=2X maks

syarat minima

, (Δd=d 2 -d 1 )

di mana k=0; ± 1; ±2; ± 3;…

(perbezaan dalam laluan gelombang adalah sama dengan bilangan ganjil separuh gelombang)

Gelombang dari sumber A dan B akan datang ke titik C dalam antifasa dan "memadamkan satu sama lain".

φ A ≠φ B - fasa ayunan

Δφ=π - perbezaan fasa

A=0 ialah amplitud gelombang yang terhasil.

corak gangguan– silih berganti kawasan dengan intensiti cahaya tinggi dan rendah.

Gangguan cahaya- pengagihan semula spatial tenaga sinaran cahaya apabila dua atau lebih gelombang cahaya ditindih.

Disebabkan oleh pembelauan, cahaya menyimpang daripada perambatan rectilinear (contohnya, berhampiran tepi halangan).

pembelauan - fenomena sisihan gelombang daripada perambatan rectilinear apabila melalui lubang kecil dan membulatkan halangan kecil oleh gelombang.

Keadaan manifestasi pembelauan:d , di mana d - saiz halangan,λ - panjang gelombang. Dimensi halangan (lubang) mestilah lebih kecil daripada atau sepadan dengan panjang gelombang.

Kewujudan fenomena ini (pembelauan) mengehadkan skop undang-undang optik geometri dan merupakan sebab untuk mengehadkan resolusi instrumen optik.

Kisi pembelauan- peranti optik, yang merupakan struktur berkala sebilangan besar unsur teratur teratur di mana cahaya dibiaskan. Lejang dengan profil yang ditakrifkan dan pemalar untuk kisi pembelauan tertentu diulang pada selang masa yang tetap d (tempoh kekisi). Keupayaan kisi pembelauan untuk menguraikan pancaran cahaya di atasnya menjadi panjang gelombang adalah sifat utamanya. Terdapat jeriji pembelauan reflektif dan lutsinar.Dalam peranti moden, terutamanya jeriji difraksi reflektif digunakan..

Syarat untuk memerhatikan maksimum pembelauan:

d sinφ=k λ, dengan k=0; ± 1; ±2; ± 3; d - tempoh parut, φ - sudut di mana maksimum diperhatikan, danλ ialah panjang gelombang.

Dari keadaan maksimum ia mengikuti sinφ=(k λ)/d .

Biarkan k=1, kemudian sinφ cr =λ cr /d dan sinφ f =λ f /d.

Adalah diketahui bahawa λ cr >λ f , oleh itu sinφ cr >sinφ f . Kerana y= sinφ f - fungsi semakin meningkat, makaφ cr >φ f

Oleh itu, warna ungu dalam spektrum pembelauan terletak lebih dekat dengan pusat.

Dalam fenomena gangguan dan pembelauan cahaya, undang-undang pemuliharaan tenaga diperhatikan.. Dalam bidang gangguan, tenaga cahaya hanya diagihkan semula tanpa ditukar kepada jenis tenaga lain. Peningkatan tenaga pada beberapa titik corak gangguan berbanding dengan jumlah tenaga cahaya diimbangi oleh penurunannya pada titik lain (jumlah tenaga cahaya ialah tenaga cahaya dua pancaran cahaya daripada sumber bebas). Jalur cahaya sepadan dengan maksimum tenaga, jalur gelap sepadan dengan minima tenaga.

Kemajuan:

Pengalaman 1. Celupkan gelang wayar dalam larutan sabun.Filem sabun terbentuk pada gelang wayar.

Letakkannya secara menegak. Kami memerhatikan jalur mendatar terang dan gelap yang berubah lebar apabila ketebalan filem berubah.

Penjelasan. Kemunculan jalur terang dan gelap dijelaskan oleh gangguan gelombang cahaya yang dipantulkan dari permukaan filem. segi tiga d = 2j.Perbezaan dalam laluan gelombang cahaya adalah sama dengan dua kali ketebalan filem.Apabila diletakkan secara menegak, filem itu mempunyai bentuk berbentuk baji. Perbezaan dalam laluan gelombang cahaya di bahagian atasnya akan menjadi kurang daripada di bahagian bawahnya. Di tempat-tempat filem di mana perbezaan laluan adalah sama dengan bilangan separuh gelombang genap, jalur terang diperhatikan. Dan dengan bilangan ganjil separuh gelombang - jalur gelap. Susunan mendatar jalur dijelaskan oleh susunan garisan mendatar dengan ketebalan filem yang sama.

Kami menerangi filem sabun dengan cahaya putih (dari lampu). Kami memerhatikan pewarnaan jalur cahaya dalam warna spektrum: di bahagian atas - biru, di bahagian bawah - merah.

Penjelasan. Pewarnaan ini dijelaskan oleh pergantungan kedudukan jalur cahaya pada panjang gelombang warna kejadian.

Kami juga memerhatikan bahawa jalur, mengembangkan dan mengekalkan bentuknya, bergerak ke bawah.

Penjelasan. Ini disebabkan oleh penurunan ketebalan filem, kerana larutan sabun mengalir ke bawah di bawah tindakan graviti.

Pengalaman 2. Tiup gelembung sabun dengan tiub kaca dan periksa dengan teliti.Apabila diterangi dengan cahaya putih, perhatikan pembentukan cincin gangguan berwarna, berwarna dalam warna spektrum. Tepi atas setiap cincin cahaya berwarna biru, bahagian bawah berwarna merah. Apabila ketebalan filem berkurangan, cincin, juga mengembang, perlahan-lahan bergerak ke bawah. Bentuk anulus mereka dijelaskan oleh bentuk anulus garisan dengan ketebalan yang sama.

Sila jawab soalan:

Mengapa buih sabun berwarna-warni?
Apakah bentuk jalur pelangi?
Mengapa warna gelembung berubah sepanjang masa?

Pengalaman 3 *. Lap dua pinggan kaca dengan teliti, satukan dan picit dengan jari anda. Oleh kerana bentuk permukaan yang tidak sesuai, lompang udara paling nipis terbentuk di antara plat.

	Apabila cahaya dipantulkan dari permukaan plat yang membentuk celah, jalur warni yang terang muncul - berbentuk cincin atau tidak sekata. Apabila daya yang memampatkan plat berubah, susunan dan bentuk jalur berubah.Lukis gambar yang anda lihat.

Penjelasan: Permukaan plat tidak boleh sekata sempurna, jadi ia hanya menyentuh di beberapa tempat sahaja. Di sekeliling tempat-tempat ini, baji udara paling nipis dari pelbagai bentuk terbentuk, memberikan gambaran gangguan. Dalam cahaya yang dihantar, keadaan maksimum 2h=kl

Sila jawab soalan:

Mengapakah jalur-jalur berbentuk cincin atau tidak sekata terang berwarna terang diperhatikan pada titik sentuhan plat?

Penjelasan : Kecerahan spektrum pembelauan bergantung pada kekerapan alur yang dimendapkan pada cakera dan pada sudut tuju sinar. Pancaran sinar yang hampir selari dari filamen lampu dipantulkan dari bonjolan bersebelahan antara alur pada titik A dan B. Sinar yang dipantulkan pada sudut yang sama dengan sudut tuju membentuk imej filamen lampu dalam bentuk garis putih. Sinar yang dipantulkan pada sudut lain mempunyai perbezaan laluan tertentu, akibatnya gelombang ditambah.

Apa yang anda perhatikan? Terangkan fenomena yang diperhatikan. Terangkan corak interferens.

Permukaan CD ialah trek lingkaran dengan pic yang sepadan dengan panjang gelombang cahaya yang boleh dilihat. Pada permukaan berstruktur halus, fenomena pembelauan dan gangguan muncul. Sorotan CD adalah berwarna-warni.

Pengalaman 5. Lihat melalui fabrik nilon pada filamen lampu yang menyala. Dengan memusingkan fabrik di sekeliling paksi, capai corak pembelauan yang jelas dalam bentuk dua jalur pembelauan bersilang pada sudut tepat.

Penjelasan : Puncak pembelauan putih kelihatan di tengah salib. Pada k=0, perbezaan laluan gelombang adalah sama dengan sifar, jadi maksimum pusat berwarna putih. Salib diperoleh kerana benang fabrik adalah dua jeriji pembelauan yang dilipat bersama dengan slot yang saling berserenjang. Penampilan warna spektrum dijelaskan oleh fakta bahawa cahaya putih terdiri daripada gelombang panjang yang berbeza. Difraksi maksimum cahaya untuk panjang gelombang yang berbeza diperolehi di lokasi yang berbeza.

Lakarkan silang difraksi yang diperhatikan.Terangkan fenomena yang diperhatikan.

Catatkan output. Nyatakan dalam eksperimen anda yang mana fenomena gangguan telah diperhatikan, dan difraksi yang mana.

Matlamat kerja: perhatikan gangguan dan pembelauan cahaya.

Teori.Gangguan cahaya. Sifat gelombang cahaya paling jelas didedahkan dalam fenomena gangguan dan pembelauan. Gangguan cahaya menerangkan warna buih sabun dan filem minyak nipis di atas air, walaupun larutan sabun dan minyak tidak berwarna. Gelombang cahaya sebahagiannya dipantulkan dari permukaan filem nipis, dan sebahagiannya masuk ke dalamnya. Pada sempadan kedua filem, pantulan separa gelombang berlaku semula (Rajah 1). Gelombang cahaya yang dipantulkan oleh dua permukaan filem nipis bergerak dalam arah yang sama tetapi melalui laluan yang berbeza.

Gambar 1.

Dengan perbezaan laluan yang merupakan gandaan nombor integer panjang gelombang:

maksimum gangguan diperhatikan.

Untuk perbezaan l, gandaan bilangan ganjil separuh gelombang:

, (2)

gangguan minimum diperhatikan. Apabila keadaan maksimum dipenuhi untuk satu panjang gelombang cahaya, ia tidak berpuas hati untuk panjang gelombang lain. Oleh itu, filem lutsinar nipis tidak berwarna yang diterangi oleh cahaya putih kelihatan berwarna. Apabila menukar ketebalan filem atau sudut kejadian gelombang cahaya, perbezaan laluan berubah, dan keadaan maksimum dipenuhi untuk cahaya dengan panjang gelombang yang berbeza.

Fenomena gangguan dalam filem nipis digunakan untuk mengawal kualiti rawatan permukaan, antirefleksi optik.

Pembelauan cahaya. Apabila cahaya melalui lubang kecil pada skrin, gelang gelap dan terang berselang-seli diperhatikan di sekeliling titik terang tengah (Gamb. 2).

Rajah.2.

Jika cahaya melalui sasaran yang sempit, maka gambar yang ditunjukkan dalam Rajah 3 diperolehi.

Rajah 3

Fenomena pesongan cahaya dari arah rektilinear perambatan apabila melalui di tepi penghalang dipanggil pembelauan cahaya.

Kemunculan gelang terang dan gelap berselang-seli di kawasan bayang geometri, ahli fizik Perancis Fresnel menjelaskan oleh fakta bahawa gelombang cahaya datang akibat pembelauan dari titik lubang yang berbeza ke satu titik pada skrin mengganggu antara satu sama lain .

Instrumen dan aksesori: plat kaca - 2 pcs., tampalan nilon atau cambric, filem bercahaya dengan celah yang dibuat dengan pisau cukur, rekod gramofon (atau serpihan rekod gramofon), angkup, lampu dengan filamen lurus (satu untuk keseluruhan kumpulan), pensel warna.

Prosedur kerja:

1. Pemerhatian gangguan:

1.1. Lap pinggan kaca dengan teliti, satukan dan picit dengan jari anda.

1.2. Periksa plat dalam cahaya pantulan terhadap latar belakang gelap (ia mesti diletakkan supaya pantulan terlalu terang dari tingkap atau dinding putih tidak terbentuk pada permukaan kaca).

1.3. Di sesetengah tempat di mana plat bersentuhan, jalur terang berbentuk cincin atau tidak sekata boleh diperhatikan.

1.4. Perhatikan perubahan dalam bentuk dan lokasi pinggir gangguan yang diperolehi dengan perubahan tekanan.

1.5. Cuba lihat corak gangguan dalam cahaya yang dihantar dan lukiskannya dalam protokol.

1.6. Pertimbangkan corak gangguan apabila cahaya mengenai permukaan CD dan lukiskannya dalam protokol.

2. Pemerhatian pembelauan:

2.1. Pasang celah selebar 0.5 mm di antara rahang caliper.

2.2. Pasang celah dekat dengan mata, letakkan secara mendatar.

2.3. Melihat melalui celah pada filamen lampu bercahaya yang terletak mendatar, perhatikan jalur pelangi (spektrum pembelauan) pada kedua-dua belah filamen.

2.4. Dengan menukar lebar celah daripada 0.5 kepada 0.8 mm, perhatikan bagaimana perubahan ini mempengaruhi spektrum pembelauan.

2.5. Lukiskan corak difraksi dalam protokol.

2.6. Perhatikan spektrum pembelauan dalam cahaya yang dihantar menggunakan tompok nilon atau kambrik.

2.7. Lakarkan corak gangguan dan pembelauan yang diperhatikan.

3. Buat kesimpulan tentang kerja yang dilakukan.

4. Jawab soalan-soalan keselamatan.

Soalan kawalan:

1. Bagaimanakah gelombang cahaya koheren dihasilkan?

2. Apakah ciri fizikal gelombang cahaya yang dikaitkan dengan perbezaan warna?

3. Selepas terkena batu pada ais lutsinar, retakan muncul, berkilauan dengan semua warna pelangi. kenapa?

4. Apakah yang anda lihat apabila anda melihat mentol melalui bulu burung?

5. Apakah perbezaan antara spektrum yang diasimilasikan oleh prisma dan spektrum difraksi?

KERJA MAKMAL Bil 17.

Matlamat kerja : untuk mengkaji ciri ciri gangguan dan pembelauan cahaya.

Kemajuan

1. Kekisi nilon

Kami telah membuat peranti yang sangat mudah untuk memerhati difraksi cahaya dalam keadaan domestik. Untuk ini, bingkai slaid, sekeping bahan nilon yang sangat nipis dan gam Moment telah digunakan.

Hasilnya, kami mempunyai kisi pembelauan dua dimensi yang sangat berkualiti tinggi.

Benang nilon terletak antara satu sama lain pada jarak urutan dimensi panjang gelombang cahaya. Oleh itu, fabrik nilon ini memberikan corak pembelauan yang agak jelas. Lebih-lebih lagi, kerana benang dalam ruang bersilang pada sudut tepat, kekisi dua dimensi diperolehi.

2. Salutan susu

Apabila menyediakan larutan susu, satu sudu teh susu dicairkan dengan 4-5 sudu air. Kemudian plat kaca bersih yang disediakan sebagai substrat diletakkan di atas meja, beberapa titis larutan digunakan pada permukaan atasnya, disapu dengan lapisan nipis di seluruh permukaan dan dibiarkan kering selama beberapa minit. Selepas itu, plat diletakkan di tepi, mengeringkan sisa-sisa larutan, dan akhirnya dikeringkan selama beberapa minit lagi dalam kedudukan condong.

3. Salutan dengan likopodium

Setitik minyak mesin atau sayuran disapu pada permukaan pinggan yang bersih (sebutir lemak, marjerin, mentega atau jeli petroleum boleh digunakan), disapu dengan lapisan nipis dan lap perlahan-lahan permukaan yang diminyaki dengan kain bersih.

Lapisan nipis lemak yang tinggal di atasnya memainkan peranan sebagai asas pelekat. Sebilangan kecil (secubit) likopodium dituangkan ke permukaan ini, plat dimiringkan sebanyak 30 darjah dan, mengetuk tepi dengan jari, serbuk dituangkan ke pangkalannya. Di kawasan penumpahan, jejak yang luas kekal dalam bentuk lapisan likopodium yang agak homogen.

Menukar cerun plat, ulangi prosedur ini beberapa kali sehingga seluruh permukaan plat ditutup dengan lapisan yang sama. Selepas itu, serbuk yang berlebihan dituangkan dengan meletakkan pinggan secara menegak dan memukul tepinya di atas meja atau objek keras lain.

Zarah sfera likopodium (spora lumut) dicirikan oleh diameter malar. Salutan sedemikian, yang terdiri daripada sebilangan besar bola legap dengan diameter yang sama d diedarkan secara rawak ke atas permukaan substrat lutsinar, adalah serupa dengan taburan keamatan dalam corak pembelauan dari lubang bulat.

Kesimpulan:

Gangguan cahaya diperhatikan:

1) Menggunakan filem sabun pada bingkai dawai atau buih sabun biasa;

2) Peranti khas "cincin Newton".

Pemerhatian Belauan Cahaya:

I. Salutan susu dan likopodium mewakili parut pembelauan semula jadi, kerana zarah susu dan spora likopodium bersaiz hampir dengan panjang gelombang cahaya. Gambarnya agak terang dan jelas jika anda melihat melalui persediaan ini pada sumber cahaya terang.

II. Kisi pembelauan ialah alat makmal dengan resolusi 1/200 yang membolehkan anda memerhati pembelauan cahaya dalam warna putih dan cahaya tunggal.

III. Jika anda melihat sumber cahaya terang yang menjeling melalui bulu mata anda sendiri, anda juga boleh memerhatikan pembelauan.

IV. Bulu burung (vili paling nipis) Ia juga boleh digunakan sebagai parut pembelauan, kerana jarak antara vili dan saiznya adalah sepadan dengan panjang gelombang cahaya.

V. Cakera laser ialah parut pembelauan reflektif, alur yang terletak sangat dekat sehingga ia mewakili halangan yang boleh diatasi kepada gelombang cahaya.

VI. Kisi nilon, yang kami buat khas untuk kerja makmal ini, disebabkan oleh kenipisan fabrik dan kedekatan gentian, adalah parut pembelauan dua dimensi yang baik.

Tema: Optik

Pelajaran: Kerja amali pada topik "Pemerhatian gangguan dan pembelauan cahaya"

nama:"Pemerhatian gangguan dan pembelauan cahaya".

Sasaran: mengkaji secara eksperimen gangguan dan pembelauan cahaya.

peralatan: lampu dengan filamen lurus, 2 plat kaca, bingkai dawai, larutan sabun, angkup, kertas tebal, sekeping kambrik, benang nilon, klip.

Pengalaman 1

Pemerhatian corak gangguan menggunakan plat kaca.

Kami mengambil dua pinggan kaca, sebelum itu kami lap dengan teliti, kemudian lipat dengan ketat dan peras. Corak gangguan itu, yang kita lihat dalam plat, perlu dilakarkan.

Untuk melihat perubahan dalam gambar dari tahap mampatan cermin mata, perlu mengambil peranti pengapit dan memampatkan plat dengan bantuan skru. Akibatnya, corak gangguan berubah.

Pengalaman 2

Gangguan pada filem nipis.

Untuk memerhatikan eksperimen ini, mari kita ambil air sabun dan bingkai dawai, kemudian lihat bagaimana filem nipis terbentuk. Sekiranya bingkai diturunkan ke dalam air sabun, maka selepas mengangkatnya, filem sabun kelihatan di dalamnya. Dengan memerhati filem ini dalam cahaya yang dipantulkan, pinggiran gangguan boleh dilihat.

Pengalaman 3

Gangguan gelembung sabun.

Untuk pemerhatian, kami menggunakan larutan sabun. Kami meniup buih sabun. Cara gelembung berkilauan adalah gangguan cahaya (lihat Rajah 1).

nasi. 1. Gangguan cahaya dalam buih

Gambar yang kita perhatikan mungkin kelihatan seperti ini (lihat Rajah 2).

nasi. 2. Corak gangguan

Ini adalah gangguan cahaya putih apabila kita meletakkan kanta pada kaca dan meneranginya dengan cahaya putih biasa.

Jika anda menggunakan penapis cahaya dan menerangi dengan cahaya monokromatik, maka corak gangguan berubah (bergantian jalur gelap dan cahaya berubah) (lihat Rajah 3).

nasi. 3. Menggunakan penapis

Sekarang kita beralih kepada pemerhatian pembelauan.

Difraksi ialah fenomena gelombang yang wujud dalam semua gelombang, yang diperhatikan pada bahagian tepi mana-mana objek.

Pengalaman 4

Pembelauan cahaya dengan celah sempit kecil.

Mari buat jurang antara rahang caliper dengan menggerakkan bahagiannya dengan bantuan skru. Untuk memerhatikan pembelauan cahaya, kami mengapit sehelai kertas di antara bibir caliper supaya helaian kertas ini kemudiannya boleh ditarik keluar. Selepas itu, kami mendekatkan celah sempit ini secara berserenjang dengan mata. Apabila memerhati sumber cahaya terang (lampu pijar) melalui celah, seseorang boleh melihat pembelauan cahaya (lihat Rajah 4).

nasi. 4. Pembelauan cahaya dengan celah nipis

Pengalaman 5

Difraksi pada kertas tebal

Jika anda mengambil sehelai kertas tebal dan membuat hirisan dengan pisau cukur, maka dengan mendekatkan potongan kertas ini ke mata dan menukar lokasi dua daun bersebelahan, anda boleh melihat pembelauan cahaya.

Pengalaman 6

Difraksi pada lubang kecil

Untuk memerhatikan pembelauan sedemikian, kita memerlukan sehelai kertas tebal dan pin. Menggunakan pin, buat lubang kecil pada helaian. Kemudian kami mendekatkan lubang itu ke mata dan memerhatikan sumber cahaya yang terang. Dalam kes ini, pembelauan cahaya boleh dilihat (lihat Rajah 5).

Perubahan dalam corak pembelauan bergantung pada saiz apertur.

nasi. 5. Pembelauan cahaya oleh lubang kecil

Pengalaman 7

Belauan cahaya pada sekeping fabrik lutsinar padat (nilon, kambrik).

Mari ambil reben kambrik dan, letakkannya pada jarak yang kecil dari mata, lihat melalui reben pada sumber cahaya terang. Kita akan melihat pembelauan, i.e. jalur pelbagai warna dan salib terang, yang akan terdiri daripada garisan spektrum pembelauan.

Rajah menunjukkan gambar-gambar pembelauan yang kita perhatikan (lihat Rajah 6).

nasi. 6. Pembelauan cahaya

Laporan: ia harus menunjukkan corak gangguan dan pembelauan yang diperhatikan semasa kerja.

Perubahan dalam garisan mencirikan bagaimana satu atau satu lagi prosedur pembiasan dan penambahan (penolakan) gelombang berlaku.

Berdasarkan corak pembelauan yang diperoleh daripada celah, peranti khas dicipta - kisi pembelauan. Ia adalah satu set celah yang melaluinya cahaya. Peranti ini diperlukan untuk menjalankan kajian terperinci tentang cahaya. Sebagai contoh, menggunakan parut pembelauan, anda boleh menentukan panjang gelombang cahaya.

Fizik().
Pertama bulan September. Akhbar pendidikan dan berkaedah ().

Makmal #13

Subjek: "Pemerhatian gangguan dan pembelauan cahaya"

Matlamat kerja: mengkaji secara eksperimen fenomena gangguan dan pembelauan.

peralatan: lampu elektrik dengan filamen lurus (satu setiap kelas), dua plat kaca, tiub kaca, gelas dengan larutan sabun, gelang dawai dengan pemegang dengan diameter 30 mm, CD, caliper, kain nilon.

Teori:

Gangguan adalah ciri fenomena gelombang dalam sebarang sifat: mekanikal, elektromagnet.

Gangguan gelombang – penambahan dalam ruang dua (atau beberapa) gelombang, di mana pada titik yang berbeza penguatan atau pengecilan gelombang yang terhasil diperolehi.

koheren dipanggil gelombang yang mempunyai frekuensi yang sama dan perbezaan fasa yang tetap.

Amplitud anjakan yang terhasil pada titik C bergantung kepada perbezaan laluan gelombang pada jarak d2 – d1.

Keadaan maksimum

, (Δd=d 2 -d 1 )

di mana k=0; ± 1; ±2; ± 3 ;…

(perbezaan dalam laluan gelombang adalah sama dengan bilangan genap separuh gelombang)

Gelombang dari sumber A dan B akan datang ke titik C dalam fasa yang sama dan "menguatkan satu sama lain".

φ A \u003d φ B - fasa ayunan

Δφ=0 - perbezaan fasa

A=2X maks

syarat minima

, (Δd=d 2 -d 1)

di mana k=0; ± 1; ±2; ± 3;…

(perbezaan dalam laluan gelombang adalah sama dengan bilangan ganjil separuh gelombang)

Gelombang dari sumber A dan B akan datang ke titik C dalam antifasa dan "memadamkan satu sama lain".

φ A ≠φ B - fasa ayunan

Δφ=π - perbezaan fasa

A=0 ialah amplitud gelombang yang terhasil.

corak gangguan– silih berganti kawasan dengan intensiti cahaya tinggi dan rendah.

Gangguan cahaya- pengagihan semula spatial tenaga sinaran cahaya apabila dua atau lebih gelombang cahaya ditindih.

Disebabkan oleh pembelauan, cahaya menyimpang daripada perambatan rectilinear (contohnya, berhampiran tepi halangan).

pembelauan – fenomena sisihan gelombang daripada perambatan rectilinear apabila melalui lubang kecil dan membulatkan halangan kecil oleh gelombang.

Keadaan manifestasi pembelauan: d< λ , Di mana d- saiz halangan, λ - panjang gelombang. Dimensi halangan (lubang) mestilah lebih kecil daripada atau sepadan dengan panjang gelombang.

Kewujudan fenomena ini (pembelauan) mengehadkan skop undang-undang optik geometri dan merupakan sebab untuk mengehadkan resolusi instrumen optik.

Kisi pembelauan- peranti optik, yang merupakan struktur berkala sebilangan besar unsur teratur teratur di mana cahaya dibiaskan. Lejang dengan profil yang ditakrifkan dan pemalar untuk kisi pembelauan tertentu diulang pada selang masa yang tetap d(tempoh kekisi). Keupayaan kisi pembelauan untuk menguraikan pancaran cahaya di atasnya menjadi panjang gelombang adalah sifat utamanya. Terdapat jeriji pembelauan reflektif dan lutsinar. Dalam peranti moden, terutamanya jeriji difraksi reflektif digunakan..

Syarat untuk memerhatikan maksimum pembelauan:

d sinφ=k λ, di mana k=0; ± 1; ±2; ± 3; d- tempoh parut , φ - sudut di mana maksimum diperhatikan, dan λ - panjang gelombang.

Dari keadaan maksimum ia mengikuti sinφ=(k λ)/d.

Biarkan k=1, kemudian sinφ cr =λ cr /d Dan sinφ f =λ f /d.

Adalah diketahui bahawa λ cr >λ f, oleh itu dosaφ cr>dosaφ f. Kerana y= dosaφ f - fungsi semakin meningkat, maka φ cr >φ f

Oleh itu, warna ungu dalam spektrum pembelauan terletak lebih dekat dengan pusat.

Kemajuan:

Pengalaman 1.Celupkan gelang wayar dalam larutan sabun. Filem sabun terbentuk pada gelang wayar.

Letakkannya secara menegak. Kami memerhatikan jalur mendatar terang dan gelap yang berubah lebar apabila ketebalan filem berubah.

Penjelasan. Kemunculan jalur terang dan gelap dijelaskan oleh gangguan gelombang cahaya yang dipantulkan dari permukaan filem. segi tiga d = 2j. Perbezaan dalam laluan gelombang cahaya adalah sama dengan dua kali ketebalan filem. Apabila diletakkan secara menegak, filem itu mempunyai bentuk berbentuk baji. Perbezaan dalam laluan gelombang cahaya di bahagian atasnya akan menjadi kurang daripada di bahagian bawahnya. Di tempat-tempat filem di mana perbezaan laluan adalah sama dengan bilangan separuh gelombang genap, jalur terang diperhatikan. Dan dengan bilangan ganjil separuh gelombang - jalur gelap. Susunan mendatar jalur dijelaskan oleh susunan garisan mendatar dengan ketebalan filem yang sama.

Kami menerangi filem sabun dengan cahaya putih (dari lampu). Kami memerhatikan pewarnaan jalur cahaya dalam warna spektrum: di bahagian atas - biru, di bahagian bawah - merah.

Penjelasan. Pewarnaan ini dijelaskan oleh pergantungan kedudukan jalur cahaya pada panjang gelombang warna kejadian.

Kami juga memerhatikan bahawa jalur, mengembangkan dan mengekalkan bentuknya, bergerak ke bawah.

Penjelasan. Ini disebabkan oleh penurunan ketebalan filem, kerana larutan sabun mengalir ke bawah di bawah tindakan graviti.

Pengalaman 2. Tiup gelembung sabun dengan tiub kaca dan periksa dengan teliti. Apabila diterangi dengan cahaya putih, perhatikan pembentukan cincin gangguan berwarna, berwarna dalam warna spektrum. Tepi atas setiap cincin cahaya berwarna biru, bahagian bawah berwarna merah. Apabila ketebalan filem berkurangan, cincin, juga mengembang, perlahan-lahan bergerak ke bawah. Bentuk anulus mereka dijelaskan oleh bentuk anulus garisan dengan ketebalan yang sama.

Sila jawab soalan:

Mengapa buih sabun berwarna-warni?
Apakah bentuk jalur pelangi?
Mengapa warna gelembung berubah sepanjang masa?

Pengalaman 3. Lap dua pinggan kaca dengan teliti, satukan dan picit dengan jari anda. Oleh kerana bentuk permukaan yang tidak sesuai, lompang udara paling nipis terbentuk di antara plat.

Apabila cahaya dipantulkan dari permukaan plat yang membentuk celah, jalur warni yang terang muncul - berbentuk cincin atau tidak sekata. Apabila daya yang memampatkan plat berubah, susunan dan bentuk jalur berubah. Lukis gambar yang anda lihat.

Penjelasan: Permukaan plat tidak boleh sekata sempurna, jadi ia hanya menyentuh di beberapa tempat sahaja. Di sekeliling tempat-tempat ini, baji udara paling nipis dari pelbagai bentuk terbentuk, memberikan gambaran gangguan. Dalam cahaya yang dihantar, keadaan maksimum 2h=kl

Sila jawab soalan:

Mengapakah jalur-jalur berbentuk cincin atau tidak sekata terang berwarna terang diperhatikan pada titik sentuhan plat?
Mengapakah bentuk dan lokasi pinggir gangguan berubah mengikut tekanan?

Pengalaman 4.Periksa dengan teliti dari sudut yang berbeza permukaan CD (yang sedang dirakam).

Penjelasan: Kecerahan spektrum pembelauan bergantung pada kekerapan alur yang dimendapkan pada cakera dan pada sudut tuju sinar. Pancaran sinar yang hampir selari dari filamen lampu dipantulkan dari bonjolan bersebelahan antara alur pada titik A dan B. Sinar yang dipantulkan pada sudut yang sama dengan sudut tuju membentuk imej filamen lampu dalam bentuk garis putih. Sinar yang dipantulkan pada sudut lain mempunyai perbezaan laluan tertentu, akibatnya gelombang ditambah.

Apa yang anda perhatikan? Terangkan fenomena yang diperhatikan. Terangkan corak interferens.

Pengalaman 5. Kami mengalihkan gelangsar caliper sehingga jurang 0.5 mm lebar terbentuk di antara rahang.

Kami meletakkan bahagian serong span dekat dengan mata (meletakkan jurang secara menegak). Melalui jurang ini kita melihat benang yang terletak secara menegak pada lampu yang menyala. Kami memerhatikan jalur pelangi selari dengannya di kedua-dua belah benang. Kami menukar lebar slot dalam julat 0.05 - 0.8 mm. Apabila melepasi ke celah yang lebih sempit, jalur itu bergerak berasingan, menjadi lebih luas, dan membentuk spektrum yang berbeza. Apabila dilihat melalui celah terluas, pinggirannya sangat sempit dan rapat antara satu sama lain. Lukiskan gambar yang anda lihat dalam buku nota anda. Menjelaskan fenomena yang diperhatikan.

Pengalaman 6. Lihat melalui fabrik nilon pada filamen lampu yang menyala. Dengan memusingkan fabrik di sekeliling paksi, capai corak pembelauan yang jelas dalam bentuk dua jalur pembelauan bersilang pada sudut tepat.

Penjelasan: Puncak pembelauan putih kelihatan di tengah-tengah kerak. Pada k=0, perbezaan laluan gelombang adalah sama dengan sifar, jadi maksimum pusat berwarna putih. Salib diperoleh kerana benang fabrik adalah dua jeriji pembelauan yang dilipat bersama dengan slot yang saling berserenjang. Penampilan warna spektrum dijelaskan oleh fakta bahawa cahaya putih terdiri daripada gelombang panjang yang berbeza. Difraksi maksimum cahaya untuk panjang gelombang yang berbeza diperolehi di lokasi yang berbeza.

Lakarkan silang difraksi yang diperhatikan. Terangkan fenomena yang diperhatikan.

Catatkan output. Nyatakan dalam eksperimen anda yang mana fenomena gangguan telah diperhatikan, dan difraksi yang mana.

Soalan kawalan:

Apakah cahaya?
Siapakah yang membuktikan bahawa cahaya adalah gelombang elektromagnet?
Apakah yang dipanggil gangguan cahaya? Apakah syarat maksimum dan minimum untuk gangguan?
Bolehkah gelombang cahaya daripada dua mentol pijar mengganggu? kenapa?
Apakah pembelauan cahaya?
Adakah kedudukan maksima pembelauan utama bergantung pada bilangan celah parut?

Popular dalam kategori: