Observasjon av interferens og diffraksjon av lys laboratoriekonklusjon. Fotorapport «Observasjon av interferens og diffraksjon av lys hjemme

Laboratoriearbeid nr. 11. Observasjon av fenomenet interferens og diffraksjon av lys.
Hensikten med arbeidet: å eksperimentelt studere fenomenet interferens og diffraksjon av lys, identifisere betingelsene for forekomsten av disse fenomenene og arten av fordelingen av lysenergi i rommet.
Utstyr: en elektrisk lampe med rett glødetråd (en per klasse), to glassplater, et PVC-rør, et glass med såpeløsning, en ledningsring med et håndtak med en diameter på 30 mm, et blad, en papirstrimmel ¼ ark, nylonstoff 5x5 cm, diffraksjonsgitter, lysfiltre .

Kort teori
Interferens og diffraksjon er fenomener som er karakteristiske for bølger av enhver art: mekaniske, elektromagnetiske. Bølgeinterferens er tilsetningen av to (eller flere) bølger i rommet, hvor det på de forskjellige punktene oppnås en forsterkning eller svekkelse av den resulterende bølgen. Interferens observeres når bølger er overlagret, utsendt av samme lyskilde, som kom til et gitt punkt på forskjellige måter. For dannelse av et stabilt interferensmønster trengs koherente bølger - bølger som har samme frekvens og konstant faseforskjell. Koherente bølger kan oppnås på tynne filmer av oksider, fett, på en luftkilespalte mellom to gjennomsiktige glass presset mot hverandre.
Amplituden til den resulterende forskyvningen ved punkt C avhenger av forskjellen i banen til bølgene i en avstand d2 – d1.
[ Last ned filen for å se bildet ] Maksimal-(forsterkning av oscillasjoner) tilstand: forskjellen i banen til bølgene er lik et partall av halvbølger
hvor k=0; ± 1; ±2; ± 3;
[ Last ned filen for å se bildet ] Bølger fra kildene A og B vil komme til punkt C i de samme fasene og «forsterke hverandre.
Hvis veiforskjellen er lik et oddetall halvbølger, vil bølgene svekke hverandre og et minimum vil bli observert ved møtepunktet.

[ Last ned filen for å se bildet ][ Last ned filen for å se bildet ]
Når lys forstyrrer, oppstår en romlig omfordeling av energien til lysbølger.
Diffraksjon er fenomenet bølgeavvik fra rettlinjet forplantning når den passerer gjennom små hull og runder små hindringer av bølgen.
Diffraksjon forklares av Huygens-Fresnel-prinsippet: hvert punkt på hindringen som nås av bølgen blir en kilde til sekundære bølger, koherente, som forplanter seg utover kantene på hindringen og forstyrrer hverandre, og danner et stabilt interferensmønster - veksling av belysningsmaksima og -minima, iriserende farget i hvitt lys. Betingelse for manifestasjon av diffraksjon: Dimensjonene til hindringene (hullene) må være mindre enn eller stå i forhold til bølgelengden Diffraksjon observeres på tynne filamenter, riper på glass, på et spalt-vertikalt kutt i et papirark, på øyevipper , på vanndråper på dugget glass, på iskrystaller i en sky eller på glass, på busten til det kitinøse dekket av insekter, på fuglefjær, på CD-er, innpakningspapir., På et diffraksjonsgitter.,
Diffraksjonsgitter er en optisk enhet, som er en periodisk struktur av et stort antall elementer med jevn avstand hvor lyset blir diffraktert. Slag med en profil definert og konstant for et gitt diffraksjonsgitter gjentas gjennom samme intervall d (gitterperiode). Evnen til et diffraksjonsgitter til å dekomponere en lysstråle som faller inn på det til bølgelengder er dens viktigste egenskap. Det er reflekterende og transparente diffraksjonsgitter. I moderne apparater hovedsakelig reflekterende diffraksjonsgitter brukes.

Framgang:
Oppgave 1. A) Observasjon av interferens på en tynn film:
Erfaring 1. Dypp trådringen i såpeløsningen. En såpefilm dannes på trådringen.
Plasser den vertikalt. Vi observerer lyse og mørke horisontale striper som endrer seg i bredde og farge etter hvert som filmtykkelsen endres. Undersøk bildet gjennom et lysfilter.
Skriv ned hvor mange bånd som observeres og hvordan fargene veksler i dem?
Erfaring 2. Bruk et PVC-rør, blås en såpeboble og undersøk den nøye. Når det er opplyst med hvitt lys, observer dannelsen av interferensflekker, malt i spektralfarger. Undersøk bildet gjennom et lysfilter.
Hvilke farger er synlige i boblen og hvordan veksler de fra topp til bunn?
B) Observasjon av interferens på luftkilen:
Erfaring 3. Tørk forsiktig av to glassplater, sett sammen og klem med fingrene. På grunn av ikke-idealiteten til formen på kontaktflatene, dannes de tynneste lufthullene mellom platene - disse er luftkiler, interferens oppstår på dem. Når kraften som komprimerer platene endres, endres tykkelsen på luftkilen, noe som fører til en endring i plasseringen og formen til interferensmaksima og -minima. Undersøk deretter bildet gjennom et lysfilter.
Tegn det du ser i hvitt lys og det du ser gjennom et filter.

Konkluder: Hvorfor det oppstår interferens, hvordan forklare fargen på maksima i interferensmønsteret, som påvirker lysstyrken og fargen på bildet.

Oppgave 2. Observasjon av lysdiffraksjon.
Erfaring 4. Med et blad kutter vi en spalte i et papirark, legger papiret på øynene og ser gjennom spalten på lyskildelampen. Vi observerer maksimum og minimum for belysning og undersøker deretter bildet gjennom et lysfilter.
Skisser diffraksjonsmønsteret sett i hvitt lys og i monokromatisk lys.
Ved å deformere papiret reduserer vi bredden på spalten, vi observerer diffraksjon.
Erfaring 5. Tenk på en lyskilde-lampe gjennom et diffraksjonsgitter.
Hvordan har diffraksjonsmønsteret endret seg?
Erfaring 6. Se gjennom nylonstoffet på tråden til en lysende lampe. Ved å snu stoffet rundt aksen oppnås et tydelig diffraksjonsmønster i form av to diffraksjonsbånd krysset i rette vinkler.
Skisser det observerte diffraksjonskorset. Forklar dette fenomenet.
Lag en konklusjon: hvorfor diffraksjon oppstår, hvordan forklare fargen på maksima i diffraksjonsmønsteret, hva som påvirker lysstyrken og fargen på bildet.
Kontrollspørsmål:
Hva er felles mellom fenomenet interferens\herens og fenomenet diffraksjon?
Hvilke bølger kan gi et stabilt interferensmønster?
Hvorfor er det ikke noe interferensmønster på elevbordet fra lamper som henger i taket i klasserommet?

6. Hvordan forklare de fargede sirklene rundt månen?

Vedlagte filer

Laboratoriearbeid om temaet : "Observasjon av interferens og diffraksjon av lys"

Målet med arbeidet: eksperimentelt studere fenomenet interferens og diffraksjon.

Utstyr: en elektrisk lampe med rett glødetråd, to glassplater, et glassrør, et glass med såpeløsning, en ledningsring med et håndtak med en diameter på 30 mm, en CD, nylonstoff, et lysfilter.

Teori: Interferens er et fenomen som er karakteristisk for bølger av enhver art: mekaniske, elektromagnetiske.

Bølgeinterferens – addisjon i rommet av to (eller flere) bølger, hvor det ved sine forskjellige punkter oppnås en forsterkning eller demping av den resulterende bølgen .

Vanligvis observeres interferens når bølger er overlagret, utsendt av den samme lyskilden, som kom til et gitt punkt på forskjellige måter. Det er umulig å få et interferensmønster fra to uavhengige kilder, siden molekyler eller atomer sender ut lys i separate bølgetog, uavhengig av hverandre. Atomer sender ut fragmenter av lysbølger (tog), der fasene av svingninger er tilfeldige. Tsugi er omtrent 1 meter lange. Bølgetog av forskjellige atomer er lagt over hverandre. Amplituden til de resulterende svingningene endres kaotisk med tiden så raskt at øyet ikke har tid til å føle denne endringen av bilder. Derfor ser en person plassen jevnt opplyst. For å danne et stabilt interferensmønster, trengs koherente (matchede) bølgekilder.

sammenhengende kalt bølger som har samme frekvens og konstant faseforskjell.

Amplituden til den resulterende forskyvningen ved punkt C avhenger av forskjellen i banen til bølgene i en avstand d2 – d1.

Maksimal tilstand

, (Δd=d 2 -d 1 )

Hvor k=0; ± 1; ±2; ± 3 ;…

(forskjellen i banen til bølgene er lik et partall halvbølger)

Bølger fra kildene A og B vil komme til punkt C i samme fase og «forsterke hverandre».

φ A = φ B - oscillasjonsfaser

Δφ=0 - faseforskjell

A=2X maks

Minimumstilstand

, (Δd=d 2 -d 1 )

Hvor k=0; ± 1; ±2; ± 3;…

(forskjellen i banen til bølgene er lik et oddetall halvbølger)

Bølger fra kildene A og B vil komme til punkt C i motfase og «slukke hverandre».

φ A ≠φ B - oscillasjonsfaser

Δφ=π - faseforskjell

A=0 er amplituden til den resulterende bølgen.

interferensmønster – regelmessig veksling av områder med høy og lav lysintensitet.

Lys interferens - romlig omfordeling av energien til lysstråling når to eller flere lysbølger er overlagret.

På grunn av diffraksjon avviker lyset fra en rettlinjet forplantning (for eksempel nær kantene på hindringer).

Diffraksjon – fenomenet bølgeavvik fra rettlinjet forplantning når de passerer gjennom små hull og runder små hindringer av bølgen .

Diffraksjonsmanifestasjonstilstand : d< λ , Hvor d - størrelsen på hindringen,λ - bølgelengde. Dimensjonene til hindringene (hullene) må være mindre enn eller stå i forhold til bølgelengden.

Eksistensen av dette fenomenet (diffraksjon) begrenser omfanget av lovene til geometrisk optikk og er årsaken til den begrensende oppløsningen til optiske instrumenter.

Diffraksjonsgitter - en optisk enhet, som er en periodisk struktur av et stort antall regelmessig arrangerte elementer som lyset blir diffraktert på. Slag med en profil definert og konstant for et gitt diffraksjonsgitter gjentas med jevne mellomromd (gitterperiode). Evnen til et diffraksjonsgitter til å dekomponere en lysstråle som faller inn på det til bølgelengder er dens viktigste egenskap. Det er reflekterende og transparente diffraksjonsgitter.I moderne enheter brukes hovedsakelig reflekterende diffraksjonsgitter. .

Betingelsen for å observere diffraksjonsmaksimum :

d sinφ=k λ, Hvor k=0; ± 1; ±2; ± 3; d - riveperiode , φ - vinkelen som maksima observeres ved, og λ - bølgelengde.

Fra den maksimale tilstanden følger detsinφ=(k λ)/d .

La da k=1 sinφ kr =λ kr /d Og sinφ f =λ f /d.

Det er kjent at λ kr >λ f , derfor sinφ kr >sinφ f . Fordi y=sinφ f - funksjonen øker altsåφ kr >φ f

Derfor lilla i diffraksjonsspekteret ligger nærmere sentrum.

I fenomenene interferens og diffraksjon av lys observeres loven om bevaring av energi . I interferensområdet blir lysenergi bare omfordelt uten å bli omdannet til andre typer energi. Økningen i energi på noen punkter av interferensmønsteret i forhold til den totale lysenergien kompenseres av dens reduksjon på andre punkter (total lysenergi er lysenergien til to lysstråler fra uavhengige kilder). Lyse striper tilsvarer energimaksima, mørke striper tilsvarer energiminima.

Framgang:

Erfaring 1. Dypp trådringen i såpeløsningen. En såpefilm dannes på trådringen.

Plasser den vertikalt. Vi observerer lyse og mørke horisontale striper som endrer seg i bredden ettersom filmtykkelsen endres.

Forklaring. Utseendet til lyse og mørke bånd forklares av interferensen av lysbølger som reflekteres fra filmoverflaten. trekant d = 2t.Forskjellen i banen til lysbølger er lik to ganger tykkelsen på filmen. Når den plasseres vertikalt, har filmen en kileformet form. Forskjellen i banen til lysbølger i den øvre delen vil være mindre enn i den nedre delen. På de stedene i filmen hvor baneforskjellen er lik et jevnt antall halvbølger, observeres lyse striper. Og med et odde antall halvbølger - mørke striper. Det horisontale arrangementet av stripene forklares av det horisontale arrangementet av linjer med lik filmtykkelse.

Vi belyser såpefilmen med hvitt lys (fra lampen). Vi observerer fargen på lysbånd i spektralfarger: øverst - blått, nederst - rødt.

Forklaring. Denne fargen forklares av avhengigheten av posisjonen til lysbåndene av bølgelengden til den innfallende fargen.

Vi observerer også at båndene, utvider seg og beholder sin form, beveger seg ned.

Hvis du bruker lysfiltre og lyser med monokromatisk lys, endres interferensmønsteret (vekslingen mellom mørke og lyse bånd endres)

Forklaring. Dette skyldes en reduksjon i filmtykkelse, da såpeløsningen renner ned under påvirkning av tyngdekraften.

Erfaring 2. Blås en såpeboble med et glassrør og undersøk den nøye. Når den er opplyst med hvitt lys, observer dannelsen av fargede interferensringer, farget i spektralfarger. Øverste kant av hver lysring har Blå farge, den nederste er rød. Ettersom filmtykkelsen avtar, beveger ringene, som også utvider seg, sakte nedover. Deres ringformede form forklares av den ringformede formen til linjer med samme tykkelse.

Svar på spørsmålene:

Hvorfor er såpebobler iriserende?

Hvilken form har regnbuestripene?

Hvorfor endres fargen på boblen hele tiden?

Erfaring 3. Tørk grundig av to glassplater, sett sammen og klem med fingrene. På grunn av den ikke-ideelle formen på kontaktflatene, dannes de tynneste lufthullene mellom platene.

Forklaring: Overflatene på platene kan ikke være helt jevne, så de berører bare noen få steder. De tynneste luftkilene dannes rundt disse stedene. ulike former gi et bilde av forstyrrelsen. I gjennomlyst lys er maksimal tilstand 2h=kl

Svar på spørsmålene:

Hvorfor er det lyse iriserende ringformede eller uregelmessig form striper?

Hvorfor endres formen og plasseringen av interferenskantene med trykk?

Erfaring 4. Undersøk nøye fra forskjellige vinkler overflaten på CD-en (som blir tatt opp).

Forklaring : Lysstyrken til diffraksjonsspektrene avhenger av frekvensen til sporene som er avsatt på skiven og av innfallsvinkelen til strålene. Nesten parallelle stråler som faller inn fra lampeglødetråden reflekteres fra tilstøtende buler mellom sporene ved punktene A og B. Strålene som reflekteres i en vinkel lik innfallsvinkelen danner et bilde av lampeglødetråden i form av en hvit linje. Stråler som reflekteres i andre vinkler har en viss baneforskjell, som et resultat av at bølgene legges til.

Hva observerer du? Forklar de observerte fenomenene. Beskriv interferensmønsteret.

Overflaten på en CD er et spiralspor med en tonehøyde i forhold til bølgelengden synlig lys. På en finstrukturert overflate oppstår diffraksjons- og interferensfenomener. Høydepunktene på CD-er er iriserende.

Erfaring 5. Se gjennom nylonstoffet på glødetråden til en brennende lampe. Ved å snu stoffet rundt aksen oppnås et tydelig diffraksjonsmønster i form av to diffraksjonsbånd krysset i rette vinkler.

Forklaring : En hvit diffraksjonstopp er synlig i midten av korset. Ved k=0 er bølgebaneforskjellen lik null, så det sentrale maksimumet er hvitt. Krysset oppnås fordi trådene i stoffet er to diffraksjonsgitter brettet sammen med innbyrdes vinkelrette slisser. Utseendet til spektralfarger forklares av det faktum at hvitt lys består av bølger med forskjellig lengde. Diffraksjonsmaksimumet for lys for forskjellige bølgelengder oppnås på forskjellige steder.

Skisser det observerte diffraksjonskorset. Forklar de observerte fenomenene.

Erfaring 6.

Diffraksjon ved et lite hull

For å observere slik diffraksjon trenger vi et tykt ark papir og en nål. Bruk en nål, lag et lite hull i arket. Deretter bringer vi hullet nær øyet og observerer en sterk lyskilde. I dette tilfellet er diffraksjonen av lys synlig

Registrer utgangen. Angi i hvilke av eksperimentene dine interferensfenomenet ble observert, og i hvilken diffraksjon . Gi eksempler på interferens og diffraksjon du har møtt.

Kontrollspørsmål ( hver elev forbereder svar på spørsmål ):

Hva er lys?

Hvem har bevist at lys er en elektromagnetisk bølge?

Hva er lysets hastighet i vakuum?

Hvem oppdaget forstyrrelsen av lys?

Hva forklarer den iriserende fargen på tynne interferensfilmer?

Kan lysbølger fra to glødepærer forstyrre? Hvorfor?

Hvorfor er et tykt lag med olje ikke iriserende?

Avhenger plasseringen av hoveddiffraksjonsmaksima av antall gitterspalter?

Hvorfor endres den tilsynelatende iriserende fargen på en såpefilm hele tiden?

Hensikten med leksjonen:

• generalisere kunnskap om emnet "Interferens og diffraksjon av lys";
• fortsette dannelsen av eksperimentelle ferdigheter og evner til studenter;
• anvende teoretisk kunnskap for å forklare naturfenomener;
• fremme interesse for fysikk og prosess vitenskapelig kunnskap;
• bidra til utvidelse av studentenes horisont, utvikling av evnen til å trekke konklusjoner fra resultatene av eksperimentet.

Utstyr:

• rett glødelampe (en per klasse);
• trådring med håndtak (verk nr. 1,2);
• et glass såpevann (verk nr. 1,2);
• glassplater (40 x 60 mm), 2 stk per sett (verk nr. 3) (hjemmelaget utstyr);
• skyvelære (arbeid nr. 4);
• nylonstoff (100 x 100 mm, hjemmelaget utstyr, arbeid nr. 5);
• grammofonplater (4 og 8 slag per 1 mm, verk nr. 6);
• CD-er (verk nr. 6);
• fotografier av insekter og fugler (verk nr. 7).

Leksjonsfremgang

I. Aktualisering av kunnskap om temaet "Lysinterferens" (repetisjon av det studerte materialet).

Lærer: Før vi utfører de eksperimentelle oppgavene, vil vi gjenta hovedmaterialet.

Hvilket fenomen kalles interferensfenomenet?

Hvilke bølger er preget av interferens?

Definer sammenhengende bølger.

Skriv ned betingelsene for interferensmaksima og -minima.

Er loven om bevaring av energi observert i interferensfenomener?

Studenter (forslag til svar):

– Interferens er et fenomen som er karakteristisk for bølger av enhver art: mekaniske, elektromagnetiske. "Interferens av bølger er tillegg i rommet av to (eller flere) bølger, der det på de forskjellige punktene oppnås en forsterkning eller svekkelse av den resulterende bølgen."

– For dannelse av et stabilt interferensmønster er det nødvendig med koherente (matchede) bølgekilder.

– Koherente bølger er bølger som har samme frekvens og konstant faseforskjell.

På tavla skriver elevene ned vilkårene for maksimum og minimum.

Amplituden til den resulterende forskyvningen ved punkt C avhenger av forskjellen i banen til bølgene på avstand d 2 – d 1 .

figur 1 - maksimale forhold	figur 2 - minimumsbetingelser
, () hvor k=0; ± 1; ±2; ± 3;… (forskjellen i banen til bølgene er lik et partall halvbølger) Bølger fra kildene S 1 og S 2 vil komme til punkt C i samme fase og «forsterke hverandre». Svingningsfaser Faseforskjell А=2Х maks er amplituden til den resulterende bølgen.	, () hvor k=0; ± 1; ±2; ± 3;… (forskjellen i banen til bølgene er lik et oddetall halvbølger) Bølger fra kildene S 1 og S 2 vil komme til punkt C i motfase og «slukke hverandre». Svingningsfaser Faseforskjell A=0 er amplituden til den resulterende bølgen.

Et interferensmønster er en regelmessig veksling av områder med økt og redusert lysintensitet.

- Interferens av lys - romlig omfordeling av energien til lysstråling når to eller flere lysbølger er overlagret.

Følgelig, i fenomenene interferens og diffraksjon av lys, observeres loven om bevaring av energi. I interferensområdet blir lysenergi bare omfordelt uten å bli omdannet til andre typer energi. Økningen i energi på noen punkter av interferensmønsteret i forhold til den totale lysenergien kompenseres av dens reduksjon på andre punkter (total lysenergi er lysenergien til to lysstråler fra uavhengige kilder).

Lyse striper tilsvarer energimaksima, mørke striper tilsvarer energiminima.

Lærer: La oss gå videre til den praktiske delen av leksjonen.

Forsøksarbeid nr. 1

"Observasjon av fenomenet lysinterferens på en såpefilm".

Utstyr: briller med en løsning av såpe, ledningsringer med et håndtak med en diameter på 30 mm. ( se figur 3)

Elever observerer forstyrrelser i et mørklagt klasserom på en flat såpefilm under monokromatisk belysning.

På trådringen får vi en såpefilm og legger den vertikalt.

Vi observerer lyse og mørke horisontale striper som endres i bredde når filmtykkelsen endres ( se figur 4).

Forklaring. Utseendet til lyse og mørke bånd forklares av interferensen av lysbølger som reflekteres fra filmoverflaten. trekant d = 2t

Forskjellen i banen til lysbølger er lik to ganger tykkelsen på filmen.

Når den plasseres vertikalt, har filmen en kileformet form. Forskjellen i banen til lysbølger i den øvre delen vil være mindre enn i den nedre delen. På de stedene i filmen hvor baneforskjellen er lik et jevnt antall halvbølger, observeres lyse striper. Og med et odde antall halvbølger - lyse striper. Det horisontale arrangementet av stripene forklares av det horisontale arrangementet av linjer med lik filmtykkelse.

4. Belys såpefilmen med hvitt lys (fra lampen).

5. Vi observerer fargen på lysbånd i spektralfarger: øverst - blått, nederst - rødt.

Forklaring. Denne fargen forklares av avhengigheten av posisjonen til lysbåndene av bølgelengden til den innfallende fargen.

6. Vi observerer også at stripene, utvider seg og opprettholder formen, beveger seg nedover.

Forklaring. Dette skyldes en reduksjon i filmtykkelse, da såpeløsningen renner ned under påvirkning av tyngdekraften.

Forsøksarbeid nr. 2

"Observasjon av forstyrrelse av lys på en såpeboble".

1. Elevene blåser bobler (Se figur 5).

2. Vi observerer dannelsen av interferensringer malt i spektralfarger på dens øvre og nedre deler. Øverste kant av hver lysring er blå, bunnen er rød. Ettersom filmtykkelsen avtar, beveger ringene, som også utvider seg, sakte nedover. Deres ringformede form forklares av den ringformede formen til linjer med samme tykkelse.

Forsøksarbeid nr. 3.

"Observasjon av interferens av lys på en luftfilm"

Elevene setter rene glassplater sammen og klemmer dem sammen med fingrene (se figur nr. 6).

Platene ses i reflektert lys mot en mørk bakgrunn.

Vi observerer enkelte steder lyse iriserende ringformede eller lukkede uregelmessig formede striper.

Endre trykket og observer endringen i plasseringen og formen til stripene.

Lærer: Observasjoner i dette arbeidet er individuelle. Skisser interferensmønsteret du observerer.

Forklaring: Overflatene på platene kan ikke være helt jevne, så de berører bare noen få steder. Rundt disse stedene dannes de tynneste luftkilene av forskjellige former, som gir et bilde av forstyrrelser. (bilde nr. 7).

I gjennomlyst lys er maksimal tilstand 2h=kl

Lærer: Fenomenet interferens og polarisering i konstruksjons- og ingeniørteknologi brukes til å studere påkjenningene som oppstår i individuelle noder av strukturer og maskiner. Forskningsmetoden kalles fotoelastisk. For eksempel, når delmodellen er deformert, brytes homogeniteten til organisk glass. Interferensmønsterets natur gjenspeiler de indre spenningene i delen.(bilde nr. 8) .

II. Aktualisering av kunnskap om emnet "Diffraksjon av lys" (repetisjon av det studerte materialet).

Lærer: Før vi gjør den andre delen av arbeidet, vil vi gjenta hovedmaterialet.

Hvilket fenomen kalles diffraksjonsfenomenet?

Betingelse for manifestasjon av diffraksjon.

Diffraksjonsgitter, dets typer og hovedegenskaper.

Betingelse for å observere diffraksjonsmaksimum.

Hvorfor er lilla nærmere midten av interferensmønsteret?

Studenter (forslag til svar):

Diffraksjon er fenomenet bølgeavvik fra rettlinjet forplantning når den passerer gjennom små hull og bølger rundt små hindringer.

Betingelse for manifestasjon av diffraksjon: d < , Hvor d er størrelsen på hindringen, er bølgelengden. Dimensjonene til hindringene (hullene) må være mindre enn eller stå i forhold til bølgelengden. Eksistensen av dette fenomenet (diffraksjon) begrenser omfanget av lovene til geometrisk optikk og er årsaken til den begrensende oppløsningen til optiske instrumenter.

Et diffraksjonsgitter er en optisk enhet som er en periodisk struktur av et stort antall elementer med jevn avstand hvor lyset blir diffraktert. Slag med en profil definert og konstant for et gitt diffraksjonsgitter gjentas med jevne mellomrom d(gitterperiode). Evnen til et diffraksjonsgitter til å dekomponere en lysstråle som faller inn på det til bølgelengder er dens viktigste egenskap. Det er reflekterende og transparente diffraksjonsgitter. I moderne enheter brukes hovedsakelig reflekterende diffraksjonsgitter..

Betingelse for å observere diffraksjonsmaksimum:

Forsøksarbeid nr. 4.

"Observasjon av lysets diffraksjon ved en smal spalte"

Utstyr: (cm tegning nr. 9)

1. Vi forskyver skyveren til skyvelæret til et gap på 0,5 mm bredt dannes mellom kjevene.
2. Vi legger den avfasede delen av svampene nær øyet (plasserer skallet vertikalt).
3. Gjennom dette gapet ser vi på den vertikalt plasserte tråden til den brennende lampen.
4. Vi observerer iriserende striper parallelt med den på begge sider av tråden.
5. Vi endrer bredden på sporet i området 0,05 - 0,8 mm. Når du flytter til mer trange sprekker båndene beveger seg fra hverandre, blir bredere og danner distinkte spektra. Sett gjennom den bredeste spalten er frynsene veldig smale og nær hverandre.
6. Elevene tegner det de ser i notatbøkene sine.

Forsøksarbeid nr. 5.

"Observasjon av lett diffraksjon på kapron-stoff".

Utstyr: en lampe med rett glødetråd, nylonstoff 100x100 mm i størrelse (Figur 10)

1. Vi ser gjennom nylonstoffet på tråden til en brennende lampe.
2. Vi observerer et "diffraksjonskors" (et mønster i form av to diffraksjonsbånd krysset i rett vinkel).
3. Elevene tegner i en notatbok bildet de ser (diffraksjonskors).

Forklaring: En hvit diffraksjonstopp er synlig i midten av skorpen. Ved k=0 er bølgebaneforskjellen lik null, så det sentrale maksimumet er hvitt.

Krysset oppnås fordi trådene i stoffet er to diffraksjonsgitter brettet sammen med innbyrdes vinkelrette slisser. Utseendet til spektralfarger forklares av det faktum at hvitt lys består av bølger med forskjellig lengde. Diffraksjonsmaksimumet for lys for forskjellige bølgelengder oppnås på forskjellige steder.

Forsøksarbeid nr. 6.

"Observasjon av lysdiffraksjonen på en grammofonplate og en laserskive".

Utstyr: rett glødelampe, grammofonplate (se figur 11)

Grammofonplaten er et godt diffraksjonsgitter.

1. Vi plasserer platen slik at sporene er parallelle med lampeglødetråden og observerer diffraksjonen i reflektert lys.
2. Vi observerer lyse diffraksjonsspektra av flere ordener.

Forklaring: Lysstyrken til diffraksjonsspektrene avhenger av frekvensen til sporene påført på posten og av innfallsvinkelen til strålene. (se figur 12)

Nesten parallelle stråler som faller inn fra lampeglødetråden reflekteres fra tilstøtende buler mellom sporene ved punktene A og B. Strålene som reflekteres i en vinkel lik innfallsvinkelen danner et bilde av lampeglødetråden i form av en hvit linje. Stråler som reflekteres i andre vinkler har en viss baneforskjell, som et resultat av at bølgene legges til.

La oss observere diffraksjon på en laserskive på lignende måte. (se figur 13)

Overflaten på en CD er et spiralspor med et trinn som kan sammenlignes med bølgelengden til synlig lys.Diffraksjons- og interferensfenomener vises på den finkornede overflaten. Høydepunktene på CD-er er iriserende.

Forsøksarbeid nr. 7.

"Observasjon av diffraksjonsfarging av insekter fra fotografier".

Utstyr: (Se tegninger nr. 14, 15, 16.)

Lærer: Diffraksjonsfargen til fugler, sommerfugler og biller er svært vanlig i naturen. Et bredt utvalg av nyanser av diffraktive farger er karakteristisk for påfugler, fasaner, svarte storker, kolibrier og sommerfugler. Diffraksjonsfargen til dyr ble studert ikke bare av biologer, men også av fysikere.

Elevene ser på fotografier.

Forklaring: Den ytre overflaten av fjærdrakten til mange fugler og overkroppen til sommerfugler og biller er preget av en regelmessig repetisjon av strukturelle elementer med en periode på én til flere mikron, og danner et diffraksjonsgitter. For eksempel kan strukturen til de sentrale øynene til påfuglens hale se på figur nr. 14. Fargen på øynene endres avhengig av hvordan lyset faller på dem, i hvilken vinkel vi ser på dem.

Kontrollspørsmål (hver elev får et kort med en oppgave - svar skriftlig på spørsmålene ):

1. Hva er lys?
2. Hvem har bevist at lys er en elektromagnetisk bølge?
3. Hva er lysets hastighet i vakuum?
4. Hvem oppdaget forstyrrelsen av lys?
5. Hva forklarer den iriserende fargen på tynne interferensfilmer?
6. Kan lysbølger fra to glødepærer forstyrre? Hvorfor?
7. Hvorfor er et tykt lag med olje ikke iriserende?
8. Avhenger plasseringen av hoveddiffraksjonsmaksima av antall gitterspalter?
9. Hvorfor endres den tilsynelatende iriserende fargen på en såpefilm hele tiden?

Hjemmelekser (i grupper, tatt i betraktning studentenes individuelle egenskaper).

- Forbered en rapport om emnet "Vavilovs paradoks".

– Lag kryssord med søkeordene «interferens», «diffraksjon».

Litteratur:

1. Arabadzhi V.I. Diffraksjonsfarging av insekter / "Quantum" nr. 2, 1975
2. Volkov V.A. Universell leksjonsutvikling i fysikk. 11. klasse. - M.: VAKO, 2006.
3. Kozlov S.A. På noen optiske egenskaper til CDer. / «Fysikk på skolen» nr. 1, 2006
4. CDer / «Fysikk på skolen» nr. 1, 2006
5. Myakishev G.Ya., Bukhovtsev B.B. Fysikk: Proc. for 11 celler. gj.sn. skole - M .: Utdanning, 2000
6. Fabrikant V.A. Vavilovs paradoks / "Quantum" nr. 2, 1971
7. Fysikk: Proc. for 11 celler. gj.sn. skole / N.M. Shakhmaev, S.N. Shakhmaev, D.Sh. Shodiev. - M .: Utdanning, 1991.
8. Fysisk encyklopedisk ordbok / “Sovjetisk leksikon", 1983
9. Frontale laboratorietimer i fysikk i 7. - 11. klasse ved utdanningsinstitusjoner: Bok. for læreren / V.A. Burov, Yu.I. Dik, B.S. Zworykin og andre; Ed. V.A. Burova, G.G. Nikiforova. - M .: Utdanning: Proc. lit., 1996

Lab #13

Emne: "Observasjon av interferens og diffraksjon av lys"

Målet med arbeidet: eksperimentelt studere fenomenet interferens og diffraksjon.

Utstyr: en elektrisk lampe med rett glødetråd (en per klasse), to glassplater, et glassrør, et glass med såpeløsning, en ledningsring med et håndtak med en diameter på 30 mm, en CD, en skyvelære, nylonstoff.

Teori:

Interferens er et fenomen som er karakteristisk for bølger av enhver art: mekaniske, elektromagnetiske.

Bølgeinterferens – addisjon i rommet av to (eller flere) bølger, hvor det ved sine forskjellige punkter oppnås en forsterkning eller demping av den resulterende bølgen.

Vanligvis observeres interferens når bølger er overlagret, utsendt av den samme lyskilden, som kom til et gitt punkt på forskjellige måter. Det er umulig å få et interferensmønster fra to uavhengige kilder, siden molekyler eller atomer sender ut lys i separate bølgetog, uavhengig av hverandre. Atomer sender ut fragmenter av lysbølger (tog), der fasene av svingninger er tilfeldige. Tsugi er omtrent 1 meter lange. Bølgetog av forskjellige atomer er lagt over hverandre. Amplituden til de resulterende svingningene endres kaotisk med tiden så raskt at øyet ikke har tid til å føle denne endringen av bilder. Derfor ser en person plassen jevnt opplyst. For å danne et stabilt interferensmønster, trengs koherente (matchede) bølgekilder.

sammenhengende kalt bølger som har samme frekvens og konstant faseforskjell.

Amplituden til den resulterende forskyvningen ved punkt C avhenger av forskjellen i banen til bølgene i en avstand d2 – d1.

Maksimal tilstand

, (Δd=d2-d1 )

Hvor k=0; ± 1; ±2; ± 3 ;…

(forskjellen i banen til bølgene er lik et partall halvbølger)

Bølger fra kildene A og B vil komme til punkt C i samme fase og «forsterke hverandre».

φ A \u003d φ B - faser av svingninger

Δφ=0 - faseforskjell

A=2X maks

Minimumstilstand

, (Δd=d2-d1)

Hvor k=0; ± 1; ±2; ± 3;…

(forskjellen i banen til bølgene er lik et oddetall halvbølger)

Bølger fra kildene A og B vil komme til punkt C i motfase og «slukke hverandre».

φ A ≠φ B - oscillasjonsfaser

Δφ=π - faseforskjell

A=0 er amplituden til den resulterende bølgen.

interferensmønster– regelmessig veksling av områder med høy og lav lysintensitet.

Lys interferens- romlig omfordeling av energien til lysstråling når to eller flere lysbølger er overlagret.

På grunn av diffraksjon avviker lyset fra en rettlinjet forplantning (for eksempel nær kantene på hindringer).

Diffraksjon – fenomenet bølgeavvik fra rettlinjet forplantning når de passerer gjennom små hull og runder små hindringer av bølgen.

Diffraksjonsmanifestasjonstilstand: d< λ , Hvor d- størrelsen på hindringen, λ - bølgelengde. Dimensjonene til hindringene (hullene) må være mindre enn eller stå i forhold til bølgelengden.

Eksistensen av dette fenomenet (diffraksjon) begrenser omfanget av lovene til geometrisk optikk og er årsaken til den begrensende oppløsningen til optiske instrumenter.

Diffraksjonsgitter- en optisk enhet, som er en periodisk struktur av et stort antall regelmessig arrangerte elementer som lyset blir diffraktert på. Slag med en profil definert og konstant for et gitt diffraksjonsgitter gjentas med jevne mellomrom d(gitterperiode). Evnen til et diffraksjonsgitter til å dekomponere en lysstråle som faller inn på det til bølgelengder er dens viktigste egenskap. Det er reflekterende og transparente diffraksjonsgitter. I moderne enheter brukes hovedsakelig reflekterende diffraksjonsgitter..

Betingelsen for å observere diffraksjonsmaksimum:

d sinφ=k λ, Hvor k=0; ± 1; ±2; ± 3; d- riveperiode , φ - vinkelen som maksima observeres ved, og λ - bølgelengde.

Fra den maksimale tilstanden følger det sinφ=(k λ)/d.

La da k=1 sinφ cr =λ cr /d Og sinφ f =λ f /d.

Det er kjent at λ cr >λ f, derfor sinφ cr>sinφ f. Fordi y= sinφ f - funksjonen øker altså φ cr >φ f

Derfor er den fiolette fargen i diffraksjonsspekteret plassert nærmere sentrum.

I fenomenene interferens og diffraksjon av lys observeres loven om bevaring av energi. I interferensområdet blir lysenergi bare omfordelt uten å bli omdannet til andre typer energi. Økningen i energi på noen punkter av interferensmønsteret i forhold til den totale lysenergien kompenseres av dens reduksjon på andre punkter (total lysenergi er lysenergien til to lysstråler fra uavhengige kilder). Lyse striper tilsvarer energimaksima, mørke striper tilsvarer energiminima.

Framgang:

Erfaring 1.Dypp trådringen i såpeløsningen. En såpefilm dannes på trådringen.

Plasser den vertikalt. Vi observerer lyse og mørke horisontale striper som endrer seg i bredden ettersom filmtykkelsen endres.

Forklaring. Utseendet til lyse og mørke bånd forklares av interferensen av lysbølger som reflekteres fra filmoverflaten. trekant d = 2t. Forskjellen i banen til lysbølger er lik to ganger tykkelsen på filmen. Når den plasseres vertikalt, har filmen en kileformet form. Forskjellen i banen til lysbølger i den øvre delen vil være mindre enn i den nedre delen. På de stedene i filmen hvor baneforskjellen er lik et jevnt antall halvbølger, observeres lyse striper. Og med et odde antall halvbølger - mørke striper. Det horisontale arrangementet av stripene forklares av det horisontale arrangementet av linjer med lik filmtykkelse.

Vi belyser såpefilmen med hvitt lys (fra lampen). Vi observerer fargen på lysbånd i spektralfarger: øverst - blått, nederst - rødt.

Forklaring. Denne fargen forklares av avhengigheten av posisjonen til lysbåndene av bølgelengden til den innfallende fargen.

Vi observerer også at båndene, utvider seg og beholder sin form, beveger seg ned.

Forklaring. Dette skyldes en reduksjon i filmtykkelse, da såpeløsningen renner ned under påvirkning av tyngdekraften.

Erfaring 2. Blås en såpeboble med et glassrør og undersøk den nøye. Når den er opplyst med hvitt lys, observer dannelsen av fargede interferensringer, farget i spektralfarger. Øverste kant av hver lysring er blå, bunnen er rød. Ettersom filmtykkelsen avtar, beveger ringene, som også utvider seg, sakte nedover. Deres ringformede form forklares av den ringformede formen til linjer med samme tykkelse.

Svar på spørsmålene:

1. Hvorfor er såpebobler iriserende?
2. Hvilken form har regnbuestripene?
3. Hvorfor endres fargen på boblen hele tiden?

Erfaring 3. Tørk grundig av to glassplater, sett sammen og klem med fingrene. På grunn av den ikke-ideelle formen på kontaktflatene, dannes de tynneste lufthullene mellom platene.

Når lys reflekteres fra overflatene til platene som danner gapet, vises lyse iriserende striper - ringformede eller uregelmessige i form. Når kraften som komprimerer platene endres, endres arrangementet og formen på strimlene. Tegn bildene du ser.

Forklaring: Overflatene på platene kan ikke være helt jevne, så de berører bare noen få steder. Rundt disse stedene dannes de tynneste luftkilene av forskjellige former, som gir et bilde av forstyrrelser. I gjennomlyst lys er maksimal tilstand 2h=kl

Svar på spørsmålene:

1. Hvorfor er lyse iriserende ringformede eller uregelmessig formede striper observert ved kontaktpunktene til platene?
2. Hvorfor endres formen og plasseringen av interferenskantene med trykk?

Erfaring 4.Undersøk nøye fra forskjellige vinkler overflaten på CD-en (som blir tatt opp).

Forklaring: Lysstyrken til diffraksjonsspektrene avhenger av frekvensen til sporene som er avsatt på skiven og av innfallsvinkelen til strålene. Nesten parallelle stråler som faller inn fra lampeglødetråden reflekteres fra tilstøtende buler mellom sporene ved punktene A og B. Strålene som reflekteres i en vinkel lik innfallsvinkelen danner et bilde av lampeglødetråden i form av en hvit linje. Stråler som reflekteres i andre vinkler har en viss baneforskjell, som et resultat av at bølgene legges til.

Hva observerer du? Forklar de observerte fenomenene. Beskriv interferensmønsteret.

Overflaten til en CD er et spiralspor med en tonehøyde som svarer til bølgelengden til synlig lys. På en finstrukturert overflate oppstår diffraksjons- og interferensfenomener. Høydepunktene på CD-er er iriserende.

Erfaring 5. Vi forskyver skyveren til skyvelæret til et gap på 0,5 mm bredt dannes mellom kjevene.

Vi legger den avfasede delen av svampene nær øyet (plasserer gapet vertikalt). Gjennom dette gapet ser vi på den vertikalt plasserte tråden til den brennende lampen. Vi observerer regnbuestriper parallelt med den på begge sider av tråden. Vi endrer bredden på sporet i området 0,05 - 0,8 mm. Når de går over til smalere spalter, beveger båndene seg fra hverandre, blir bredere og danner distinkte spektre. Sett gjennom den bredeste spalten er frynsene veldig smale og nær hverandre. Tegn bildet du ser i notatboken. Forklar observerte fenomener.

Erfaring 6. Se gjennom nylonstoffet på glødetråden til en brennende lampe. Ved å snu stoffet rundt aksen oppnås et tydelig diffraksjonsmønster i form av to diffraksjonsbånd krysset i rette vinkler.

Forklaring: En hvit diffraksjonstopp er synlig i midten av skorpen. Ved k=0 er bølgebaneforskjellen lik null, så det sentrale maksimumet er hvitt. Krysset oppnås fordi trådene i stoffet er to diffraksjonsgitter brettet sammen med innbyrdes vinkelrette slisser. Utseendet til spektralfarger forklares av det faktum at hvitt lys består av bølger med forskjellig lengde. Diffraksjonsmaksimumet for lys for forskjellige bølgelengder oppnås på forskjellige steder.

Skisser det observerte diffraksjonskorset. Forklar de observerte fenomenene.

Registrer utgangen. Angi i hvilke av eksperimentene dine interferensfenomenet ble observert, og i hvilken diffraksjon.

Kontrollspørsmål:

1. Hva er lys?
2. Hvem har bevist at lys er en elektromagnetisk bølge?
3. Hva kalles interferens av lys? Hva er maksimums- og minimumsbetingelsene for interferens?
4. Kan lysbølger fra to glødepærer forstyrre? Hvorfor?
5. Hva er diffraksjonen av lys?
6. Avhenger plasseringen av hoveddiffraksjonsmaksima av antall gitterspalter?

Emne: Observasjon av fenomenene interferens og diffraksjon av lys.

Målet med arbeidet: eksperimentelt studere fenomenet interferens og diffraksjon.

Utstyr:

• briller med en løsning av såpe;
• ledningsring med håndtak;
• nylon stoff;
• CD;
• glødelampe;
• skyvelære;
• to glassplater;
• blad;
• pinsett;
• nylon stoff.

Teoretisk del

Interferens er et fenomen som er karakteristisk for bølger av enhver art: mekaniske, elektromagnetiske. Bølgeinterferens er tilsetningen av to (eller flere) bølger i rommet, hvor det på de forskjellige punktene oppnås en forsterkning eller svekkelse av den resulterende bølgen. For å danne et stabilt interferensmønster, trengs koherente (matchede) bølgekilder. Koherente bølger er bølger som har samme frekvens og konstant faseforskjell.

Maksimale betingelser Δd = ±kλ, minimumsbetingelser, Δd = ± (2k + 1)λ/2 hvor k =0; ± 1; ±2; ± 3;...(forskjellen i banen til bølgene er lik et partall av halvbølger

Et interferensmønster er en regelmessig veksling av områder med økt og redusert lysintensitet. Lysinterferens er romlig omfordeling av energien til lysstråling når to eller flere lysbølger er overlagret. Følgelig, i fenomenene interferens og diffraksjon av lys, observeres loven om bevaring av energi. I interferensområdet blir lysenergi bare omfordelt uten å bli omdannet til andre typer energi. Økningen i energi på noen punkter av interferensmønsteret i forhold til den totale lysenergien kompenseres av dens reduksjon på andre punkter (total lysenergi er lysenergien til to lysstråler fra uavhengige kilder).
Lyse striper tilsvarer energimaksima, mørke striper tilsvarer energiminima.

Diffraksjon er fenomenet bølgeavvik fra rettlinjet forplantning når den passerer gjennom små hull og bølger rundt små hindringer. Betingelse for manifestasjon av diffraksjon: d< λ, Hvor d- størrelsen på hindringen, λ - bølgelengde. Dimensjonene til hindringene (hullene) må være mindre enn eller stå i forhold til bølgelengden. Eksistensen av dette fenomenet (diffraksjon) begrenser omfanget av lovene til geometrisk optikk og er årsaken til den begrensende oppløsningen til optiske instrumenter. Et diffraksjonsgitter er en optisk enhet som er en periodisk struktur av et stort antall regelmessig arrangerte elementer som lyset blir diffraktert på. Slag med en profil definert og konstant for et gitt diffraksjonsgitter gjentas med jevne mellomrom d(gitterperiode). Evnen til et diffraksjonsgitter til å dekomponere en lysstråle som faller inn på det til bølgelengder er dens viktigste egenskap. Det er reflekterende og transparente diffraksjonsgitter. I moderne enheter brukes hovedsakelig reflekterende diffraksjonsgitter. Betingelse for å observere diffraksjonsmaksimum: d sin(φ) = ± kλ

Instruksjoner for arbeid

1. Dypp trådrammen i såpeløsningen. Observer og tegn interferensmønsteret i såpefilmen. Når filmen er opplyst med hvitt lys (fra et vindu eller en lampe), farges lysstriper: øverst - blå, nederst - rød. Bruk et glassrør for å blåse en såpeboble. Se ham. Når det belyses med hvitt lys, observeres dannelsen av fargede interferensringer. Når filmtykkelsen avtar, utvider ringene seg og beveger seg nedover.

Svar på spørsmålene:

1. Hvorfor er såpebobler iriserende?
2. Hvilken form har regnbuestripene?
3. Hvorfor endres fargen på boblen hele tiden?

2. Tørk glassplatene grundig, sett dem sammen og klem med fingrene. På grunn av den ikke-ideelle formen på kontaktflatene, dannes de tynneste lufthullene mellom platene, noe som gir lyse iriserende ringformede eller lukkede, uregelmessig formede striper. Når kraften som komprimerer platene endres, endres plasseringen og formen til båndene både i reflektert og gjennomsendt lys. Tegn bildene du ser.

Svar på spørsmålene:

1. Hvorfor er lyse iriserende ringformede eller uregelmessig formede striper observert på separate kontaktsteder mellom platene?
2. Hvorfor endres formen og plasseringen av de oppnådde interferenskantene med en endring i trykk?

3. Legg en CD horisontalt i øyehøyde. Hva observerer du? Forklar de observerte fenomenene. Beskriv interferensmønsteret.

4. Se gjennom nylonstoffet på glødetråden til en brennende lampe. Ved å snu stoffet rundt aksen oppnås et tydelig diffraksjonsmønster i form av to diffraksjonsbånd krysset i rette vinkler. Skisser det observerte diffraksjonskorset.

5. Observer to diffraksjonsmønstre når du undersøker glødetråden til en brennende lampe gjennom en spalte dannet av kjevene på en skyvelære (med en spaltebredde på 0,05 mm og 0,8 mm). Beskriv endringen i interferensmønsterets natur når kaliperen roteres jevnt rundt den vertikale aksen (med en spaltebredde på 0,8 mm). Gjenta dette eksperimentet med to kniver, og press dem mot hverandre. Beskriv arten av interferensmønsteret

Registrer funnene dine. Angi i hvilke av eksperimentene dine interferensfenomenet ble observert? diffraksjon?