Laboratoriearbeid observasjon av interferens og diffraksjon av lys. Observasjon av interferens og diffraksjon av lys

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 spalte-vertikalt kutt i et papirark, på øyevipper , på vanndråper på dugget glass, på iskrystaller i en sky eller på glass, på busten av 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

LAB #4

STUDIE AV FENOMENET LYSDIFRAKSJON.

Læringsmålet for leksjonen: Fenomenet lysdiffraksjon av et diffraksjonsgitter brukes i spektrale instrumenter og gjør det mulig å bestemme bølgelengdene til det synlige området til spekteret. I tillegg gjør kunnskap om diffraksjonslovene det mulig å bestemme oppløsningskraften til optiske instrumenter. Røntgendiffraksjon gjør det mulig å bestemme strukturen til kropper med et vanlig arrangement av atomer og å bestemme defekter forårsaket av brudd på regelmessigheten til kroppsstrukturen uten ødeleggelse.

basismateriale: For vellykket gjennomføring og levering av arbeid er det nødvendig å kjenne lovene til bølgeoptikk.

Forberedelse til leksjonen:

Fysikkkurs: 2. utgave, 2004, kap. 22, s. 431-453.

, "Vi vil generell fysikk”, 1974, §19-24, s.113-147.

Fysikkkurs. 8. utg., 2005, §54-58, s. 470-484.

Optikk og atomfysikk, 2000, kap. 3, s.74-121.

Inngangskontroll: Forberedelse til laboratoriearbeid kontrolleres i henhold til utarbeidet skjema laboratoriearbeid, i henhold til de generelle kravene og svar på spørsmålene:

1. Hvorfor dekomponerer et diffraksjonsgitter lys fra en glødelampe til et spektrum?

2. I hvilken avstand fra diffraksjonsgitteret er det bedre å observere diffraksjon?

3. Hva slags spektrum vil den ha hvis glødelampen lukkes med grønt glass?

4. Hvorfor må målinger tas minst tre ganger?

5. Hvordan bestemmes rekkefølgen av spekteret?

6. Hvilken farge på spekteret er nærmere spalten og hvorfor?

Instrumenter og tilbehør: Diffraksjonsgitter,

Teoretisk introduksjon og bakgrunn:

Enhver bølge som forplanter seg i et isotropt (homogent) medium, hvis egenskaper ikke endrer seg fra punkt til punkt, beholder retningen til forplantningen. I et anisotropt (inhomogent) medium, hvor de under passering av en bølge opplever ulik endringer i amplitude og fase på overflaten av bølgefronten, endres den innledende forplantningsretningen. Dette fenomenet kalles diffraksjon. Diffraksjon er iboende i bølger av enhver art, og praktisk talt manifesterer seg i avviket i retningen for lysutbredelse fra en rettlinjet.

Diffraksjon oppstår med enhver lokal endring i bølgefronten, amplituden eller fasen. Slike endringer kan være forårsaket av tilstedeværelsen av ugjennomsiktige eller delvis gjennomsiktige hindringer i banen til bølgen (skjermer), eller deler av mediet med en annen brytningsindeks (faseplater).

Ved å oppsummere det som er sagt, kan vi formulere følgende:

Fenomenet med avvik av lysbølger fra rettlinjet forplantning når de passerer hull og nær kantene på skjermene kalles diffraksjon.

Denne egenskapen er iboende i alle bølger, uavhengig av natur. I hovedsak er diffraksjon ikke forskjellig fra interferens. Når det er få kilder, kalles resultatet av deres felles handling interferens, og hvis det er mange kilder, snakker de om diffraksjon. Avhengig av avstanden som bølgen observeres fra bak objektet der diffraksjon oppstår, skilles diffraksjon Fraunhofer eller Fresnel:

Hvis diffraksjonsmønsteret observeres i en begrenset avstand fra objektet som forårsaker diffraksjon og det er nødvendig å ta hensyn til krumningen til bølgefronten, så snakker man om Fresnel diffraksjon. Med Fresnel-diffraksjon observeres et diffraksjonsbilde av en hindring på skjermen;

hvis bølgefrontene er flate (strålene er parallelle) og diffraksjonsmønsteret observeres på en uendelig stor avstand (linser brukes til dette), så vi snakker O Fraunhofer diffraksjon.

I nåværende arbeid Fenomenet diffraksjon brukes til å bestemme bølgelengden til lys.

EN". Når bølgefronten når spalten og inntar posisjon AB (fig. 1), så i henhold til figur 2, Huygens-prinsippet alle punkter på denne bølgefronten vil være koherente kilder til sfæriske sekundære bølger som forplanter seg i retning av bølgefrontbevegelse.

La oss se på bølgene som forplanter seg fra punktene i planet AB i retningen som danner en vinkel med den første (fig. 2). Hvis en linse parallelt med plan AB plasseres på banen til disse strålene, vil strålene, etter brytning, konvergere på et eller annet punkt M av skjermen som ligger i linsens fokalplan, og vil forstyrre hverandre (punkt O er linsens hovedfokus). La oss slippe den perpendikulære AC fra punkt A til retningen til den valgte strålen. Deretter, fra AC-planet og videre til fokalplanet til linsen, endrer ikke de parallelle strålene deres baneforskjell.

Baneforskjellen, som bestemmer interferensforholdene, forekommer kun på banen fra den initiale fronten AB til planet AC og er forskjellig for forskjellige stråler. For å beregne interferensen til disse strålene bruker vi Fresnel-sonemetoden. For å gjøre dette, del mentalt linjen BC i en serie segmenter med lengde l/2. På avstand BC = en synd j passe z = en×synd j/(0,5l) av slike segmenter. Ved å tegne linjer parallelt med AC fra endene av disse segmentene til de møter AB, deler vi fronten av spaltebølgen i en serie striper med samme bredde, disse stripene vil vises i denne saken Fresnel soner.

Det følger av ovenstående konstruksjon at bølgene som kommer fra hver av de to nærliggende Fresnel-sonene ankommer punktet M i motsatte faser og opphever hverandre. Hvis med denne konstruksjonen antall soner vil være til og med, så kansellerer hvert par av tilstøtende soner hverandre og i en gitt vinkel på skjermen vil minimum belysning

https://pandia.ru/text/80/353/images/image005_9.gif" width="25" height="14 src=">.

Således, når forskjellen i banen til strålene som kommer fra kantene av spalten er lik et jevnt antall halvbølger, vil vi observere mørke striper på skjermen. I intervallene mellom dem vil maksimal belysning bli observert. De vil tilsvare vinklene som bølgefronten er delt inn i merkelig Antall Fresnel soner https://pandia.ru/text/80/353/images/image007_9.gif" width="143" height="43 src="> , (2)

hvor k = 1, 2, 3, … ,https://pandia.ru/text/80/353/images/image008_7.gif" align="left" width="330" height="219"> ) og ( 2) kan oppnås, og hvis vi direkte bruker interferensforholdene fra laboratoriearbeid nr. 66. Faktisk, hvis vi tar to stråler fra nærliggende Fresnel-soner ( til og med antall soner), så er veiforskjellen mellom dem lik halve bølgelengden, det vil si merkelig antall halve bølger. Derfor, forstyrrende, gir disse strålene et minimum av belysning på skjermen, det vil si at tilstand (1) oppnås. Etter å ha handlet tilsvarende for stråler fra de ekstreme Fresnel-sonene, kl merkelig antall soner, får vi formel (2).

https://pandia.ru/text/80/353/images/image010_7.gif" width="54" height="55 src=">.

Hvis gapet er veldig smalt (<< l), то вся поверхность щели является лишь небольшой частью зоны Френеля, и колебания от всех точек ее будут по любому направлению распространяться почти в одинаковой фазе. В результате во всех точках экран будет очень слабо равномерно освещен. Можно сказать, что свет через щель практически не проходит.

· Hvis gapet er veldig stort ( en>> l), vil allerede det første minimum tilsvare et veldig lite avvik fra rettlinjet utbredelse i vinkel. Derfor får vi på skjermen geometrisk bilde spalte, avgrenset langs kantene av tynne vekslende mørke og lyse striper.

Klar diffraksjon høyder Og nedturer vil bli observert bare i det mellomliggende tilfellet, når bredden på sporet en passer til flere Fresnel-soner.

Når spalten er opplyst med ikke-monokromatisk ( hvit) med lys vil diffraksjonstoppene for forskjellige farger divergere. Jo mindre l, jo mindre er vinklene der diffraksjonsmaksima observeres. Stråler i alle farger kommer derfor til midten av skjermen med en baneforskjell lik null bildet i midten vil være hvitt. Til høyre Og venstre fra det sentrale maksimum, diffraksjon spektre først, sekund Og etc. d. rekkefølge.

Diffraksjonsgitter

For å øke intensiteten til diffraksjonsmaksima brukes ikke en spalte, men et diffraksjonsgitter.

Et diffraksjonsgitter er en serie parallelle slisser med samme bredde en, atskilt med ugjennomsiktige åpninger i bredden b. Sum en+ b = d kalt periode eller fast diffraksjonsgitter.

Diffraksjonsgitter er laget på glass eller på metall (i sistnevnte tilfelle kalles gitteret reflekterende). Ved hjelp av en delemaskin påføres en serie tynne parallelle slag med samme bredde og med like avstand fra hverandre med den tynneste diamantspissen. I dette tilfellet spiller strekene som sprer lys i alle retninger rollen som ugjennomsiktige hull, og de uberørte stedene på platen spiller rollen som sprekker. Antall linjer per 1 mm i noen rister når 2000.

Vurder diffraksjon fra N spalter. Når lys passerer gjennom et system med identiske spalter, blir diffraksjonsmønsteret mye mer komplisert. I dette tilfellet avviker strålene fra annerledes spalter er lagt over hverandre i fokalplanet til linsen og forstyrre seg imellom. Hvis antallet spor er N, forstyrrer N stråler hverandre. Som et resultat av diffraksjon, formasjonstilstanden diffraksjonstopper vil ta formen

https://pandia.ru/text/80/353/images/image014_4.gif" width="31" height="14 src=">. (3)

Sammenlignet med diffraksjon av en enkelt spalte, har tilstanden endret seg til det motsatte:

Den maksimale tilfredsstillende betingelsen (3) kalles hoved-. Plasseringen av minima endres ikke, siden de retningene som ingen av spaltene sender lys, ikke mottar det selv for N spalter.

I tillegg er retninger mulige der lyset som sendes av forskjellige spalter slukkes (utsletter gjensidig). I det generelle tilfellet, under diffraksjon fra N spor, dannes følgende:

1) hoved- høyder

https://pandia.ru/text/80/353/images/image017_4.gif" width="223" height="25">;

3) ytterligerenedturer.

Her, som før, en– sporbredde;

d = a + b er perioden for diffraksjonsgitteret.

Mellom de to hovedmaksima er det N–1 ekstra minima, atskilt med sekundære maksima (fig. 5), hvis intensitet er betydelig mindre intensitet hovedhøyder.

Forutsatt 0 " style="margin-left:5.4pt;border-collapse:collapse">

Oppløsningen l/Dl til et diffraksjonsgitter karakteriserer gitterets evne til å skille belysningsmaksima for to bølgelengder nær l1 og l2 i et gitt spektrum. Her er Dl = l2 – l1. Hvis l/Dl > kN, da løses ikke belysningsmaksima for l1 og l2 i spekteret av den k-te orden.

Arbeidsordre:

Oppgave 1. Bestemme bølgelengden til lys ved hjelp av et diffraksjonsgitter.

1. Flytt skalaen med spalten for å sette diffraksjonsgitteret i en gitt avstand "y" fra spalten.

2. Finn spektra av 1., 2., 3. orden på begge sider av nullmaksimum.

3. Mål avstanden mellom null maksimum og det første maksimum plassert på høyre side av null en - x1, mellom null maksimum og det første maksimum plassert på venstre side av null en - x2. Finn og bestem vinkelen j som tilsvarer det gitte intensitetsmaksimum. Målinger bør gjøres for maksima av fiolette, grønne og røde farger, i spektra av 1., 2. og 3. orden for tre "y"-verdier. For eksempel for y 1 = 15, y 2 = 20 og y 3 = 30 cm.

4. Å kjenne gitterkonstanten ( d\u003d 0,01 mm) og vinkelen j der den maksimale intensiteten til en gitt farge og rekkefølge observeres, finn bølgelengden l ved å bruke formelen:

Her k tatt modulo.

5. Beregn den absolutte feilen for de funnet verdiene av bølgelengder som tilsvarer de fiolette, grønne og røde områdene i spekteret.

6. Registrer resultatene av målinger og beregninger i tabellen.

Farger	y,m	k	x 1 ,m	x 2 , m	m	l, nm	, nm	D l, nm
1	2	3	4	5	6	7	8	9
rød		1
2
	1
2
	1
2

1	2	3	4	5	6	7	8	9
Grønn		1
2
	1
2
	1
2
Fiolett		1
2
	1
2
	1
2

Kontroller spørsmål og oppgaver.

1. Hva er diffraksjonsfenomenet?

2. Hva er forskjellen mellom Fresnel-diffraksjon og Fraunhofer-diffraksjon?

3. Formuler Huygens-Fresnel-prinsippet.

4. Hvordan kan diffraksjon forklares ved hjelp av Huygens-Fresnel-prinsippet?

5. Hva er Fresnel-soner?

6. Hvilke betingelser må være oppfylt for å kunne observere diffraksjon?

7. Beskriv diffraksjon fra en enkelt spalte.

8. Diffraksjon på et diffraksjonsgitter. Hva er den grunnleggende forskjellen mellom dette tilfellet og diffraksjon med en enkelt spalte?

9. Hvordan bestemme maksimalt antall diffraksjonsspektra for et gitt diffraksjonsgitter?

10. Hvorfor introduseres egenskaper som vinkelspredning og oppløsning?

Målet med arbeidet : utforske kjennetegn interferens og diffraksjon av lys.

Framgang

1. Nylon gitter

Vi har laget en veldig enkel enhet for å observere lysets diffraksjon under hjemlige forhold. Til dette ble det brukt gliderammer, et stykke veldig tynt nylonmateriale og Momentlim.

Som et resultat har vi et todimensjonalt diffraksjonsgitter av meget høy kvalitet.

Nylontråder er plassert fra hverandre i en avstand av størrelsen på lysbølgelengden. Derfor gir dette nylonstoffet et ganske tydelig diffraksjonsmønster. Siden trådene i rommet krysser hverandre i rett vinkel, oppnås dessuten et todimensjonalt gitter.

2. Melkebelegg

Når du tilbereder en melkeløsning, fortynnes en teskje melk med 4-5 ss vann. Deretter legges en ren glassplate forberedt som et underlag på bordet, noen dråper av løsningen påføres på dens øvre overflate, smøres med et tynt lag over hele overflaten og får tørke i flere minutter. Deretter legges platen på kanten, tømmer restene av løsningen og tørkes til slutt i noen minutter til i en skrå stilling.

3. Belegg med lycopodium

En dråpe maskin- eller vegetabilsk olje påføres overflaten av en ren tallerken (du kan bruke et fettkorn, margarin, smør eller vaselin) smurt med et tynt lag og tørk forsiktig av den smurte overflaten med en ren klut.

Det tynne fettlaget som er igjen på det, spiller rollen som en limbase. En liten mengde (en klype) lycopodium helles på denne overflaten, platen vippes 30 grader, og ved å trykke på kanten med en finger helles pulveret til basen. I området for avstøting forblir et bredt spor i form av et ganske homogent lag med lycopodium.

Endre hellingen på platen, gjenta denne prosedyren flere ganger til hele overflaten av platen er dekket med et lignende lag. Etter det helles overflødig pulver av ved å plassere platen vertikalt og treffe kanten på et bord eller en annen hard gjenstand.

Sfæriske partikler av lycopodium (mosesporer) er preget av en konstant diameter. Et slikt belegg, bestående av et stort antall ugjennomsiktige kuler med samme diameter d tilfeldig fordelt over overflaten av et gjennomsiktig substrat, ligner intensitetsfordelingen i diffraksjonsmønsteret fra et rundt hull.

Konklusjon:

Lysinterferens observeres:

1) Bruk av såpefilmer på en trådramme eller vanlige såpebobler;

2) En spesiell enhet "Newtons ring".

Lysdiffraksjonsobservasjon:

I. Det melkeaktige belegget og lycopodium representerer et naturlig diffraksjonsgitter, siden melkepartikler og sporer av lycopodium er nær i størrelse med lysets bølgelengde. Bildet er ganske lyst og klart hvis du ser gjennom disse forberedelsene ved en sterk lyskilde.

II. Et diffraksjonsgitter er et laboratorieinstrument med en oppløsning på 1/200 som lar deg observere diffraksjonen av lys i hvitt og monolys.

III. Hvis du ser på en sterk lyskilde som myser gjennom dine egne øyevipper, kan du også observere diffraksjon.

IV. Fuglefjær (den tynneste villi) Den kan også brukes som et diffraksjonsgitter, fordi avstanden mellom villi og størrelsen er i forhold til lysets bølgelengde.

V. Laserskiven er et reflekterende diffraksjonsgitter, hvor sporene er plassert så nært at de representerer en overkommelig hindring for lysbølgen.

VI. Nylonristen, som vi laget spesielt for dette laboratoriearbeidet, er på grunn av stoffets tynnhet og fibrenes nærhet et godt todimensjonalt diffraksjonsgitter.

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 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.

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 lilla nærmere midten av interferensmønsteret?

Studenter (forslag til svar):

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

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 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.
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

Tema: Optikk

Lekse: Praktisk jobb om emnet "Observasjon av interferens og diffraksjon av lys"

Navn:"Observasjon av interferens og diffraksjon av lys".

Mål: eksperimentelt studere interferens og diffraksjon av lys.

Utstyr: lampe med rett glødetråd, 2 glassplater, trådramme, såpeoppløsning, skyvelære, tykt papir, stykke cambric, nylontråd, klips.

Erfaring 1

Observasjon av interferensmønsteret ved hjelp av glassplater.

Vi tar to glassplater, før det tørker vi forsiktig av dem, bretter dem deretter tett og klemmer. Det interferensmønsteret, som vi ser i platene, må skisseres.

For å se endringen i bildet fra graden av komprimering av glassene, er det nødvendig å ta klemanordningen og komprimere platene ved hjelp av skruer. Som et resultat endres interferensmønsteret.

Erfaring 2

Interferens på tynne filmer.

For å observere dette eksperimentet, la oss ta såpevann og en trådramme, for så å se hvordan en tynn film dannes. Hvis rammen senkes ned i såpevann, er en såpefilm synlig i den etter å ha løftet den. Ved å observere denne filmen i reflektert lys, kan interferenskanter sees.

Erfaring 3

Såpeboble interferens.

For observasjon bruker vi en såpeløsning. Vi blåser såpebobler. Måten boblene skimrer på, er forstyrrelsen av lys (se fig. 1).

Ris. 1. Lys interferens i bobler

Bildet vi observerer kan se slik ut (se fig. 2).

Ris. 2. Interferensmønster

Dette er interferens med hvitt lys når vi setter en linse på glass og lyser opp med vanlig hvitt lys.

Hvis du bruker lysfiltre og lyser med monokromatisk lys, endres interferensmønsteret (vekslingen mellom mørke og lyse bånd endres) (se fig. 3).

Ris. 3. Bruke filtre

Vi går nå over til observasjonen av diffraksjon.

Diffraksjon er et bølgefenomen som er iboende i alle bølger, som observeres ved kantdelene til alle objekter.

Erfaring 4

Diffraksjon av lys ved en liten smal spalte.

La oss lage et gap mellom kjevene på kaliperen ved å flytte delene ved hjelp av skruer. For å observere lysets diffraksjon klemmer vi et papirark mellom leppene på kaliperen slik at dette papirarket kan trekkes ut. Etter det, ta med dette vinkelrett smal åpning nær øyet. Når man observerer en sterk lyskilde (en glødelampe) gjennom spalten, kan man se lysets diffraksjon (se fig. 4).

Ris. 4. Diffraksjon av lys med en tynn spalte

Erfaring 5

Diffraksjon på tykt papir

Hvis du tar et tykt ark og lager et snitt med en barberhøvel, kan du observere lysdiffraksjonen ved å bringe dette papirkuttet nær øyet og endre plasseringen av de to tilstøtende bladene.

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 lysdiffraksjon synlig (se fig. 5).

Endringen i diffraksjonsmønsteret avhenger av blenderåpningsstørrelsen.

Ris. 5. Diffraksjon av lys ved et lite hull

Erfaring 7

Diffraksjon av lys på et stykke tett gjennomsiktig stoff (nylon, cambric).

La oss ta et cambric-bånd og plassere det i liten avstand fra øynene, se gjennom båndet på en sterk lyskilde. Vi vil se diffraksjon, dvs. flerfargede striper og et lyst kryss, som vil bestå av linjer i diffraksjonsspekteret.

Figuren viser fotografier av diffraksjonen som vi observerer (se fig. 6).

Ris. 6. Diffraksjon av lys

Rapportere: den skal presentere interferens- og diffraksjonsmønstrene som ble observert under arbeidet.

Endringen i linjene karakteriserer hvordan en eller annen prosedyre for brytning og addisjon (subtraksjon) av bølger skjer.

Basert på diffraksjonsmønsteret oppnådd fra spalten, ble det laget en spesiell enhet - diffraksjonsgitter. Det er et sett med spalter som lyset passerer gjennom. Denne enheten er nødvendig for å utføre detaljerte studier av lys. Ved å bruke et diffraksjonsgitter kan du for eksempel bestemme lysets bølgelengde.

1. Fysikk().
2. Første september. Pedagogisk og metodisk avis ().