Лабораторная
работа № 11. Наблюдение явления интерференции и дифракции света.
Цель работы: экспериментально
изучить явление интерференции и дифракции света, выявить условия возникновения
этих явлений и характер распределения световой энергии в пространстве..
Оборудование: электрическая
лампа с прямой нитью накала (одна на класс), две стеклянные пластинки, ПВХ
трубка, стакан с раствором мыла, кольцо проволочное с ручкой диаметром 30
мм., лезвие, полоска бумаги ¼ листа, капроновая ткань 5х5см, дифракционная
решетка, светофильтры.
Краткая теория
Интерференция
и дифракция – это явления характерное для волн любой природы: механических,
электромагнитных.
Интерференция волн – сложение в пространстве
двух (или нескольких) волн, при котором в разных его точках получается усиление
или ослабление результирующей волны.
Интерференция наблюдается при наложении волн, испущенных одним и тем же
источником света, пришедших в данную точку разными путями. Для образования
устойчивой интерференционной картины необходимы когерентные волны - волны, имеющие одинаковую частоту и постоянную
разность фаз. Когерентные волны можно получить на тонких пленках
оксидов,жира, ,на воздушном клине-зазоре между двумя прозрачными стеклами
,прижатых друг к другу.
Амплитуда результирующего смещения в точке С зависит от
разности хода волн на расстоянии d2 – d1.
Условие максимума-(усиления колебаний):разность
хода волн равна четному числу полуволн
где k=0; ± 1; ± 2; ± 3;…
Волны от источников А и Б придут в точку
С в одинаковых фазах и “усилят друг друга.
Если же разность хода равна нечётному числу полуволн, то волны ослабят
друг друга и в точке их встречи будет наблюдаться минимум.
При интерференция света происходит
пространственное перераспределение энергии световых волн..
Дифракция – явление
отклонения волны от прямолинейного распространения при прохождении через малые
отверстия и огибании волной малых препятствий.
Дифракция объясняется принципом Гюйгенса –Френеля: каждая точка
препятствия,до которого дошла аолна,становится источником
вторичныхволн,когерентных,которые распространяются за края препятствия и
интерферируют друг с другомЮобразуя устойчивую интерференционную
картину-чередование максимумов и минимумов освещенности,радужно окрашенных в
белом свете.
Условие проявления дифракции:
Размеры препятствий (отверстий) должны быть меньше или соизмеримы с длиной
волны.Дифракция наблюдается на тонких нитях,царапинах на стекле,на
щели-вертикальном прорезе в листе бумаги,на ресницахна капельках воды на
запотевшем стекле,на кристалликах льда в облаке или на стекле,на щетинках
хитинового покрова насекомых,на перьях птиц,на CD-дисках,обёрточной
бумаги.,на дифракционной решетке.,
Дифракционная решетка –
оптический прибор, представляющий собой периодическую структуру из большого
числа регулярно расположенных элементов, на которых происходит дифракция света.
Штрихи с определенным и постоянным для данной дифракционной решетки профилем
повторяются через одинаковый промежуток d (период решетки). Способность
дифракционной решетки раскладывать падающий на нее пучек света по длинам волн
является ее основным свойством. Различают отражательные и прозрачные
дифракционные решетки. В
современных приборах применяют в основном отражательные дифракционные решетки.
Ход
работы:
Задание 1. А) Наблюдение
интерференции на тонкой пленке:
Опыт 1. Опустите
проволочное кольцо в мыльный раствор. На
проволочном кольце получается мыльная плёнка.
Расположите
её вертикально. Наблюдаем светлые и тёмные горизонтальные полосы, изменяющиеся
по ширине и по цвету по мере изменения толщины пленки. Рассмотрите картину
сквозь светофильтр.
Запишите,сколько наблюдается полос и как
чередуются цвета в них?
Опыт 2. С помощью
ПВХ- трубки выдуйте мыльный пузырь и внимательно рассмотрите его. При
освещении его белым светом наблюдайте образование интерференционных пятен,
окрашенных в спектральные цвета.Рассмотрите картину сквозь светофильтр.
Какие цвета доступны наблюдению в пузыре и как
они чередуются сверху вниз?
Б) Наблюдение
интерференции на воздушном клине:
Опыт 3. Тщательно
протрите две стеклянные пластинки, сложите вместе и сожмите пальцами. Из-за не идеальности
формы соприкасающихся поверхностей между пластинками образуются тончайшие
воздушные пустоты-это воздушные клинья,на них возникает интерференция . При
изменении силы, сжимающей пластинки,изменяется толщина воздушного клина ,что
приводит к изменению расположения и формы интерференционных максимумов и
минимумов .Затем рассмотрите картину сквозь светофильтр.
Зарисуйте
увиденные вами в белом свете и увиденное сквозь светофильтр.
Сделайте
вывод:Почему возникает интерференция,как объяснить цвет максимумов в
интерференционной картине,что влияет на яркость и цвет картины.
Задание
2.Наблюдение
дифракции света.
Опыт 4. Лезвием
прорезаем щель в листе бумаги, прикладываем бумагу к глазам и смотрим сквозь
щель на источник света-лампу. Наблюдаем максимумы и минимумы освещенности.Затем
рассмотрите картину через светофильтр.
Зарисуйте увиденную в белом свете и в
монохроматическом свете дифракционную картину .
Деформируя бумагу уменьшаем ширину щели, наблюдаем дифракцию.
Как изменилась дифракционная картина?
Опыт 5.Рассмотреть сквозь дифракционную решетку
источник света-лампу.
Как изменилась дифракционная картина?
Опыт 6. Посмотрите
сквозь капроновую ткань на нить светящей лампы. Поворачивая ткань вокруг оси,
добейтесь четкой дифракционной картины в виде двух скрещенных под прямым углом
дифракционных полос.
Зарисуйте
наблюдаемый дифракционный крест. Объясните это явление.
Сделайте
вывод: почему возникает дифракция,как объяснить цвет максимумов в дифракционной
картине,что влияет на яркость и цвет картины.
Контрольные вопросы:
- Что
общего между явлением интерфк\еренции и явлением дифракции?
- Какие
волны могут давать устойчивую интерференционную картину?
- Почему
на ученическом столе не наблюдается интерференционная картина от ламп
,подвешенных к потолку в классе?
6. Как объяснить цветные круги вокруг Луны ?
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.