Демонстрационный эксперимент по теме: "Волновая оптика".

• 1 слайд

  Волновая оптика
  Демонстрационные опыты
  МОУ гимназия №42
  учитель физики
  Попова Елена Александровна
  
  

• 2 слайд

  Для демонстрации интерференции, дифракции, поляризации и дисперсии света используется проекционный аппарат ФОС, набор по интерференции и дифракции света, набор по поляризации света. Все основные демонстрационные опыты удается показать учащимся, затруднения возникают при демонстрации дифракции света на нити, щели, малом отверстии из-за недостаточного увеличения изображения (но данные опыты можно наблюдать с помощью лазерной указки при проведении лабораторной работы физического практикума).
  
  

• 3 слайд

  Дисперсия света
  Поляризация света
  Интерференция света
  Дифракция света
  

• 1 слайд

  Волновая оптика
  Демонстрационные опыты
  МОУ гимназия №42
  учитель физики
  Попова Елена Александровна
  
  

• 2 слайд

  Для демонстрации интерференции, дифракции, поляризации и дисперсии света используется проекционный аппарат ФОС, набор по интерференции и дифракции света, набор по поляризации света. Все основные демонстрационные опыты удается показать учащимся, затруднения возникают при демонстрации дифракции света на нити, щели, малом отверстии из-за недостаточного увеличения изображения (но данные опыты можно наблюдать с помощью лазерной указки при проведении лабораторной работы физического практикума).
  
  

• 3 слайд

  Дисперсия света
  Поляризация света
  Интерференция света
  Дифракция света
  

• 1 слайд

  Дисперсия света
  

• 2 слайд

  Дисперсия света
  На отражающий экран Э1 проецируют вертикальную щель 1 шириной около 2 мм. На малый подъемный столик помещают призму «Флинт» 2 так, как показано на рисунке, а перед пучком отклоненного призмой пучка света ставят прозрачный экран Э2, на котором хорошо виден спектр белого света. Чтобы показать, что диспергирующие свойства стекла зависят от его состава, на призму «Флинт» ставят призму «Крон» так, чтобы их ребра совпали. Эта призма освещается тем же самым
  пучком света, что и первая. На экране Э2 образуется второй спектр, менее растянутый, чем первый.
  
  

• 3 слайд

  Дисперсия света
  Используя светофильтры, можно показать, что лучи разного цвета отклоняются,
  преломляясь в призме, на разный угол. А затем показать разложение белого
  света в спектр.
  

• 4 слайд

  Дисперсия света
  Если в кабинете есть призма прямого зрения, опыты по дисперсии света целесообразно продолжить и показать спектральное разложение света, даваемое призмой прямого зрения. В этом случае оптическая скамья ставится поперек демонстрационного стола.На прозрачном экране получается очень красивый, надолго запоминающийся спектр белого света.
  
  

• 5 слайд

  Дисперсия света
  Сложение спектральных цветов.
  Опыты по сложению цветов убеждают учащихся
  в том, что одновременное воздействие на
  зрение человека света различных цветов
  создает ощущение белого света.
  Существует несколько способов сложения
  спектральных цветов. Для демонстрации
  наиболее удобны два из них:
  А. Сложение спектральных цветов с помощью прибора для сложения цветов спектра.
  Для демонстрации опыта собирают установку (слайд 2). Получают четкий и яркий сплошной спектр на экране. Далее между экраном и призмой устанавливают прибор для сложения цветов так, чтобы весь спектр (от красных до фиолетовых лучей) попадал на зеркала прибора. Вращая зеркала прибора на переносном экране, переставленном на другое место, получают отдельные одноцветные полосы. Затем таким же способом все отраженные от зеркал лучи собирают в одну точку. При этом на экране наблюдают белый свет, близкий к исходному.
  Б. Не меняя установку предыдущего опыта, вместо прибора для сложения цветов спектра на столике устанавливают вторую призму, а на пути лучей, идущих от второй призмы, устанавливают переносной экран. Ребра преломляющих углов обеих призм обращены в противоположные стороны, а обращенные друг к другу грани параллельны. При таком расположении первая призма разлагает белый свет на составные цвета, а вторая — складывает, в результате получается белый свет, близкий к тому, какой дает источник света.
  
  

• 6 слайд

  Дисперсия света
  Сложить спектральные цвета и получить
  белый цвет можно используя картонный
  диск с изображенными на нем
  разноцветными секторам и и укрепленный
  на валу центробежной машины.
  при быстром вращении создается
  впечатление, что он белый.
  

• 1 слайд

  Дисперсия света
  

• 2 слайд

  Дисперсия света
  На отражающий экран Э1 проецируют вертикальную щель 1 шириной около 2 мм. На малый подъемный столик помещают призму «Флинт» 2 так, как показано на рисунке, а перед пучком отклоненного призмой пучка света ставят прозрачный экран Э2, на котором хорошо виден спектр белого света. Чтобы показать, что диспергирующие свойства стекла зависят от его состава, на призму «Флинт» ставят призму «Крон» так, чтобы их ребра совпали. Эта призма освещается тем же самым
  пучком света, что и первая. На экране Э2 образуется второй спектр, менее растянутый, чем первый.
  
  

• 3 слайд

  Дисперсия света
  Используя светофильтры, можно показать, что лучи разного цвета отклоняются,
  преломляясь в призме, на разный угол. А затем показать разложение белого
  света в спектр.
  

• 4 слайд

  Дисперсия света
  Если в кабинете есть призма прямого зрения, опыты по дисперсии света целесообразно продолжить и показать спектральное разложение света, даваемое призмой прямого зрения. В этом случае оптическая скамья ставится поперек демонстрационного стола.На прозрачном экране получается очень красивый, надолго запоминающийся спектр белого света.
  
  

• 5 слайд

  Дисперсия света
  Сложение спектральных цветов.
  Опыты по сложению цветов убеждают учащихся
  в том, что одновременное воздействие на
  зрение человека света различных цветов
  создает ощущение белого света.
  Существует несколько способов сложения
  спектральных цветов. Для демонстрации
  наиболее удобны два из них:
  А. Сложение спектральных цветов с помощью прибора для сложения цветов спектра.
  Для демонстрации опыта собирают установку (слайд 2). Получают четкий и яркий сплошной спектр на экране. Далее между экраном и призмой устанавливают прибор для сложения цветов так, чтобы весь спектр (от красных до фиолетовых лучей) попадал на зеркала прибора. Вращая зеркала прибора на переносном экране, переставленном на другое место, получают отдельные одноцветные полосы. Затем таким же способом все отраженные от зеркал лучи собирают в одну точку. При этом на экране наблюдают белый свет, близкий к исходному.
  Б. Не меняя установку предыдущего опыта, вместо прибора для сложения цветов спектра на столике устанавливают вторую призму, а на пути лучей, идущих от второй призмы, устанавливают переносной экран. Ребра преломляющих углов обеих призм обращены в противоположные стороны, а обращенные друг к другу грани параллельны. При таком расположении первая призма разлагает белый свет на составные цвета, а вторая — складывает, в результате получается белый свет, близкий к тому, какой дает источник света.
  
  

• 6 слайд

  Дисперсия света
  Сложить спектральные цвета и получить
  белый цвет можно используя картонный
  диск с изображенными на нем
  разноцветными секторам и и укрепленный
  на валу центробежной машины.
  при быстром вращении создается
  впечатление, что он белый.
  

• 1 слайд

  Дифракция света
  Дифракция света на щели
  Получение дифракционного спектра
  

• 2 слайд

  Дифракция света
  Дифракция света на щели
  

• 3 слайд

  Дифракция света на щели
  
  На расстоянии 10—15 см от ФОС устанавливают раздвижную щель, закрепленную в диске-ширме. Поворачивая диск-ширму, щель устанавливают вертикально. С помощью винта оставляют ширину щели приблизительно 0,2 мм. Параллельно первой щели на расстоянии 15—20 см от нее располагают вторую щель и устанавливают ширину примерно
  1—2 мм. На расстоянии 1,5—2 м от второй щели располагают экран. На экране появляется изображение первой щели в виде светлой полосы. Медленно вращая винт второй раздвижной щели, плавно уменьшают ее ширину и наблюдают за появившейся дифракционной картиной, которая представляет цветные полосы по обе стороны и светлую в центре. Надо иметь в виду, что при сильном уменьшении второй щели дифракционные полосы расширяются, но их яркость уменьшается. Поэтому наилучшая видимость дифракционных полос получается при не слишком узкой второй щели, когда полосы расположены довольно часто, но зато яркость их
  больше. Для увеличения видимости дифракционных полос достаточно их раздвинуть, увеличивая угол наклона экрана к оптической оси проектора.
  

• 4 слайд

  Дифракция света
  Для демонстрации дифракционных спектров монохроматического света на оптическую скамью располагают лазер, в непосредственной близости от него — короткофокусную линзу, на расстоянии 10—15 см от нее в вертикальном направлении — раздвижную щель. Получив на экране резкое изображение щели, устанавливают за ней дифракционную решетку. На экране получается ряд красных полос (луч лазера красный), симметрично расположенных относительно центральной полосы (спектра нулевого порядка).
  
  Получение дифракционного спектра
  

• 5 слайд

  Дифракция света
  Для получения спектра света, испускаемого нитью электрической лампы, используют ФОС,.
  Вертикальная раздвижная щель шириной 0,5—1 мм с помощью объектива проецируется на экран. Затем непосредственно за объективом устанавливают дифракционную решетку . На экране получают дифракционную картину, состоящую из белой полосы в середине (центральный максимум) и ряда спектров, симметрично расположенных справа и слева от нее. По мере удаления от центра спектры становятся более широкими, но менее яркими.
  В каждой боковой светлой полосе параллельно друг другу располагаются полосы, цвет которых постепенно и непрерывно меняется от фиолетового до красного. На ближайших к центральной светлой полосе края спектров получаются фиолетовые полосы, а на дальних — красные.
  Нужно обратить внимание учащихся на то, что в дифракционных спектрах расстояния цветовых полос от центрального максимума пропорциональны длинам волн. Это позволяет наиболее точно
  определить длину световой волны для каждого цвета.
  
  
  

• 1 слайд

  Дифракция света
  Дифракция света на щели
  Получение дифракционного спектра
  

• 2 слайд

  Дифракция света
  Дифракция света на щели
  

• 3 слайд

  Дифракция света на щели
  
  На расстоянии 10—15 см от ФОС устанавливают раздвижную щель, закрепленную в диске-ширме. Поворачивая диск-ширму, щель устанавливают вертикально. С помощью винта оставляют ширину щели приблизительно 0,2 мм. Параллельно первой щели на расстоянии 15—20 см от нее располагают вторую щель и устанавливают ширину примерно
  1—2 мм. На расстоянии 1,5—2 м от второй щели располагают экран. На экране появляется изображение первой щели в виде светлой полосы. Медленно вращая винт второй раздвижной щели, плавно уменьшают ее ширину и наблюдают за появившейся дифракционной картиной, которая представляет цветные полосы по обе стороны и светлую в центре. Надо иметь в виду, что при сильном уменьшении второй щели дифракционные полосы расширяются, но их яркость уменьшается. Поэтому наилучшая видимость дифракционных полос получается при не слишком узкой второй щели, когда полосы расположены довольно часто, но зато яркость их
  больше. Для увеличения видимости дифракционных полос достаточно их раздвинуть, увеличивая угол наклона экрана к оптической оси проектора.
  

• 4 слайд

  Дифракция света
  Для демонстрации дифракционных спектров монохроматического света на оптическую скамью располагают лазер, в непосредственной близости от него — короткофокусную линзу, на расстоянии 10—15 см от нее в вертикальном направлении — раздвижную щель. Получив на экране резкое изображение щели, устанавливают за ней дифракционную решетку. На экране получается ряд красных полос (луч лазера красный), симметрично расположенных относительно центральной полосы (спектра нулевого порядка).
  
  Получение дифракционного спектра
  

• 5 слайд

  Дифракция света
  Для получения спектра света, испускаемого нитью электрической лампы, используют ФОС,.
  Вертикальная раздвижная щель шириной 0,5—1 мм с помощью объектива проецируется на экран. Затем непосредственно за объективом устанавливают дифракционную решетку . На экране получают дифракционную картину, состоящую из белой полосы в середине (центральный максимум) и ряда спектров, симметрично расположенных справа и слева от нее. По мере удаления от центра спектры становятся более широкими, но менее яркими.
  В каждой боковой светлой полосе параллельно друг другу располагаются полосы, цвет которых постепенно и непрерывно меняется от фиолетового до красного. На ближайших к центральной светлой полосе края спектров получаются фиолетовые полосы, а на дальних — красные.
  Нужно обратить внимание учащихся на то, что в дифракционных спектрах расстояния цветовых полос от центрального максимума пропорциональны длинам волн. Это позволяет наиболее точно
  определить длину световой волны для каждого цвета.
  
  
  

• 1 слайд

  Интерференция света
  Интерференция света
  в тонких пленках
  Кольца Ньютона
  

• 2 слайд

  Интерференция света
  Интерференция света
  в тонких пленках
  

• 3 слайд

  Интерференция света
  Целью опыта является ознакомление учащихся с явлениями интерференции, наблюдаемыми в природе.
  Успешное проведение опыта зависит от качества применяемого раствора для получения пленки. Существует несколько простых способов его приготовления. Самыми простыми и доступными являются растворы стиральных порошков, кроме порошков с малым пенообразованием. Прочность пленки зависит от концентрации раствора. Можно взять 2—3%-ный раствор обычного хозяйственного мыла. Рекомендуется также использование 2,5%-ного раствора олеиновокислого натрия или калия в дистиллированной воде, нагретой до 60°С.
  Каркас для мыльной пленки помещают на пути света, идущего от ФОС, под углом 45° к направлению его распространения так, чтобы отраженные от поверхности пленки лучи, проходя через объектив, падали на экран. Затем сосуд с мыльным раствором подносят снизу и погружают каркас в него. Сосуд убирают, при этом на каркасе образуется пленка. Плавно перемещая объектив, на экране получают четкое изображение пленки с яркими
  цветными интерференционными полосами. Ширина этих полос постепенно
  увеличивается. Учащимся объясняют возникновение
  интерференционных полос и постепенное их расширение.
  

• 4 слайд

  Интерференция света
  

• 5 слайд

  Интерференция света
  Опыт: Кольца Ньютона
  Целью опыта является ознакомление учащихся с возникновением интерференции света в тонком слое воздуха между стеклянной
  пластиной и положенной на нее плоско-выпуклой линзой большого
  радиуса кривизны, с использованием этого явления для определения
  длины световой волны.
  
  

• 6 слайд

  Интерференция света
  Демонстрация колец Ньютона в отраженном монохроматическом свете .
  Для чего собирают установку, прибор «Кольца Ньютона» располагают за короткофокусной линзой так, чтобы диаметр падающего на него пучка света был больше диаметра наблюдаемых интерференционных колец.
  Затем прибор поворачивают на угол 45° и на пути пучка отраженного света помещают объектив. Перемещая объектив вдоль пучка света, получают на экране четкое изображение интерференционных колец в отраженном свете.
  
  Демонстрация колец Ньютона в проходящем монохроматическом свете .
  Располагая объектив в установке за прибором «Кольца Ньютона» так, чтобы его оптическая ось совпала с оптической осью конденсора, демонстрируют кольца Ньютона в проходящем свете. Сравнивая интерференционные картины, полученные в отраженном и проходящем свете, поясняют причины их различия. Затем объясняют возможность определения длины световой волны с помощью интерференционных колец Ньютона, при этом пользуются таблицей «Кольца Ньютона».
  
  
  Опыты с кольцами Ньютона наиболее эффективны в отраженном свете, так как в этом случае видимость колец намного лучше. Для объяснения зависимости радиусов колец Ньютона одного порядка от длины волны необходимо провести демонстрацию с применением светофильтра,
  
  

• 7 слайд

  Интерференция света
  

• 1 слайд

  Интерференция света
  Интерференция света
  в тонких пленках
  Кольца Ньютона
  

• 2 слайд

  Интерференция света
  Интерференция света
  в тонких пленках
  

• 3 слайд

  Интерференция света
  Целью опыта является ознакомление учащихся с явлениями интерференции, наблюдаемыми в природе.
  Успешное проведение опыта зависит от качества применяемого раствора для получения пленки. Существует несколько простых способов его приготовления. Самыми простыми и доступными являются растворы стиральных порошков, кроме порошков с малым пенообразованием. Прочность пленки зависит от концентрации раствора. Можно взять 2—3%-ный раствор обычного хозяйственного мыла. Рекомендуется также использование 2,5%-ного раствора олеиновокислого натрия или калия в дистиллированной воде, нагретой до 60°С.
  Каркас для мыльной пленки помещают на пути света, идущего от ФОС, под углом 45° к направлению его распространения так, чтобы отраженные от поверхности пленки лучи, проходя через объектив, падали на экран. Затем сосуд с мыльным раствором подносят снизу и погружают каркас в него. Сосуд убирают, при этом на каркасе образуется пленка. Плавно перемещая объектив, на экране получают четкое изображение пленки с яркими
  цветными интерференционными полосами. Ширина этих полос постепенно
  увеличивается. Учащимся объясняют возникновение
  интерференционных полос и постепенное их расширение.
  

• 4 слайд

  Интерференция света
  

• 5 слайд

  Интерференция света
  Опыт: Кольца Ньютона
  Целью опыта является ознакомление учащихся с возникновением интерференции света в тонком слое воздуха между стеклянной
  пластиной и положенной на нее плоско-выпуклой линзой большого
  радиуса кривизны, с использованием этого явления для определения
  длины световой волны.
  
  

• 6 слайд

  Интерференция света
  Демонстрация колец Ньютона в отраженном монохроматическом свете .
  Для чего собирают установку, прибор «Кольца Ньютона» располагают за короткофокусной линзой так, чтобы диаметр падающего на него пучка света был больше диаметра наблюдаемых интерференционных колец.
  Затем прибор поворачивают на угол 45° и на пути пучка отраженного света помещают объектив. Перемещая объектив вдоль пучка света, получают на экране четкое изображение интерференционных колец в отраженном свете.
  
  Демонстрация колец Ньютона в проходящем монохроматическом свете .
  Располагая объектив в установке за прибором «Кольца Ньютона» так, чтобы его оптическая ось совпала с оптической осью конденсора, демонстрируют кольца Ньютона в проходящем свете. Сравнивая интерференционные картины, полученные в отраженном и проходящем свете, поясняют причины их различия. Затем объясняют возможность определения длины световой волны с помощью интерференционных колец Ньютона, при этом пользуются таблицей «Кольца Ньютона».
  
  
  Опыты с кольцами Ньютона наиболее эффективны в отраженном свете, так как в этом случае видимость колец намного лучше. Для объяснения зависимости радиусов колец Ньютона одного порядка от длины волны необходимо провести демонстрацию с применением светофильтра,
  
  

• 7 слайд

  Интерференция света
  

• 1 слайд

  Поляризация света
  

• 2 слайд

  Поляризация света
  
  
  Поляризация света поляроидами
  
  Опыт с кристаллами слюды
  
  Опыт с моделью рельса
  
  
  Выпускаемый промышленностью набор по поляризации
  света в сочетании с набором по интерференции и
  дифракции света и ФОС позволяет демонстрировать
  все основные опыты по данной теме.
  
  

• 3 слайд

  Поляризация света
  Установка для демонстрации опыта
  с использованием проекционного аппарата
  ФОС изображена на рисунке.
  
  На оптическую скамью перед конденсором устанавливают теплофильтр, за ним — один из поляроидов, предварительно закрепив его на диске-ширме. С помощью объектива поляроид проецируют на экран в виде яркого круга. Плавно поворачивают поляроид до 360°. Обращают внимание учащихся на то, что при этом освещенность круга на экране не меняется. Опыт повторяют со вторым поляроидом. Затем на скамью устанавливают оба поляроида так, чтобы стрелки-указатели были в одной плоскости. С помощью объектива снова проецируют на экран освещенную часть второго поляроида. Медленно поворачивают второй поляроид относительно первого. Обращают внимание учащихся на то, что при повороте на каждые 90° освещенность круга на экране меняется от максимальной до минимальной.
  
  

• 4 слайд

  Поляризация света
  При плавном вращении
  поляроида освещенность
  светового пятна на
  экране от света меняется
  от максимального до
  минимального значения
  через каждые 90°,
  что свидетельствует о
  поляризованности света.
  
  

• 5 слайд

  Поляризация света
  

• 6 слайд

  Поляризация света
  Поместив между поляроидами пластинку слюды или смятый комочек целлофана, на экране наблюдается эффект изменения окраски кристалла в зависимости от направления распространения света в нём.
  
  

• 7 слайд

  Поляризация света
  

• 8 слайд

  Поляризация света
  Исследование деформаций
  с помощью поляризованного света
  
  Целью опыта является ознакомление учащихся
  с практическим использованием поляризации света
  для исследования деформаций в различных деталях
  машин и сооружений.
  Для проведения опыта собирают установку.
  Закрепив модель исследуемой детали, на экране
  получают четкое ее изображение. Потом перед моделью и за ней устанавливают поляроиды в нескрещенном положении. Затем поляроиды скрещивают, а модель сжимают с помощью
  винтового пресса. При этом на фоне изображения модели появляется картина распределения напряжений.
  

• 1 слайд

  Поляризация света
  

• 2 слайд

  Поляризация света
  
  
  Поляризация света поляроидами
  
  Опыт с кристаллами слюды
  
  Опыт с моделью рельса
  
  
  Выпускаемый промышленностью набор по поляризации
  света в сочетании с набором по интерференции и
  дифракции света и ФОС позволяет демонстрировать
  все основные опыты по данной теме.
  
  

• 3 слайд

  Поляризация света
  Установка для демонстрации опыта
  с использованием проекционного аппарата
  ФОС изображена на рисунке.
  
  На оптическую скамью перед конденсором устанавливают теплофильтр, за ним — один из поляроидов, предварительно закрепив его на диске-ширме. С помощью объектива поляроид проецируют на экран в виде яркого круга. Плавно поворачивают поляроид до 360°. Обращают внимание учащихся на то, что при этом освещенность круга на экране не меняется. Опыт повторяют со вторым поляроидом. Затем на скамью устанавливают оба поляроида так, чтобы стрелки-указатели были в одной плоскости. С помощью объектива снова проецируют на экран освещенную часть второго поляроида. Медленно поворачивают второй поляроид относительно первого. Обращают внимание учащихся на то, что при повороте на каждые 90° освещенность круга на экране меняется от максимальной до минимальной.
  
  

• 4 слайд

  Поляризация света
  При плавном вращении
  поляроида освещенность
  светового пятна на
  экране от света меняется
  от максимального до
  минимального значения
  через каждые 90°,
  что свидетельствует о
  поляризованности света.
  
  

• 5 слайд

  Поляризация света
  

• 6 слайд

  Поляризация света
  Поместив между поляроидами пластинку слюды или смятый комочек целлофана, на экране наблюдается эффект изменения окраски кристалла в зависимости от направления распространения света в нём.
  
  

• 7 слайд

  Поляризация света
  

• 8 слайд

  Поляризация света
  Исследование деформаций
  с помощью поляризованного света
  
  Целью опыта является ознакомление учащихся
  с практическим использованием поляризации света
  для исследования деформаций в различных деталях
  машин и сооружений.
  Для проведения опыта собирают установку.
  Закрепив модель исследуемой детали, на экране
  получают четкое ее изображение. Потом перед моделью и за ней устанавливают поляроиды в нескрещенном положении. Затем поляроиды скрещивают, а модель сжимают с помощью
  винтового пресса. При этом на фоне изображения модели появляется картина распределения напряжений.