Perché c'è interferenza in una soluzione di sapone. Osservazione di interferenza e diffrazione della luce

Osservazione selettiva: concetto, tipi, errori di campionamento, valutazione dei risultati. Esempi di risoluzione dei problemi

D) completezza della copertura dei bambini malati con osservazione dispensariale

Osservazione dinamica e controllo, prevenzione delle ricadute al fumo

Diffrazione della luce. Diffrazione di Fraunhofer su un reticolo di diffrazione.

1. Lo scopo del lavoro: studiare caratteristiche interferenza e diffrazione della luce.

2. Letteratura:

2.1. Kasyanov V.A. Fisica. Grado 11: libro di testo per l'istruzione generale istituzioni educative. - M., 2003. Paragrafi 44, 45, 47.

2.2. Riassunto delle lezioni sull'argomento "Fisica".

3. Preparazione al lavoro:

3.1. Rispondi alle domande di autotest per ottenere un permesso di lavoro:

3.1.1. Quale fenomeno si chiama interferenza?

3.1.2. Quali onde sono chiamate coerenti? Nomina i metodi per ottenere sorgenti di onde coerenti.

3.1.3. Quale fenomeno si chiama diffrazione?

3.1.4. Cos'è il principio di Huygens-Fresnel?

3.2. Preparare un modulo di segnalazione in conformità al paragrafo 6.

4. Elenco equipaggiamento necessario:

4.2. Edizione elettronica"Lavoro di laboratorio nelle classi di fisica 10-11": Bustard, 2005. Lavoro di laboratorio n. 12.

5. Ordine di esecuzione dei lavori:

Accendi il computer. Imposta il lavoro di laboratorio n. 12. Considera l'attrezzatura per l'esperimento (Fig. 1).

5.2. Accendete la lampada a spirito (2) Portatela nella fiamma un batuffolo di cotone (3) inumidito con una soluzione di cloruro di sodio.

5.3. Immergere l'anello di filo nella soluzione di sapone per formare una pellicola saponosa.

5.4. Disegna lo schema di interferenza ottenuto sulla pellicola quando illuminata con la luce gialla di una lampada a spirito (Fig. 2). Spiega la sequenza colori nello schema di interferenza quando la pellicola è illuminata con luce bianca.

5.5. Usa un tubo di vetro per soffiare una piccola bolla di sapone sulla superficie della soluzione di sapone. Spiegare il motivo del movimento verso il basso degli anelli di interferenza.

5.6. Descrivi il modello di interferenza osservato da due lastre di vetro compresse. Come cambia lo schema osservato all'aumentare della forza che preme insieme le piastre?

5.7. Descrivi lo schema di interferenza quando un CD è illuminato. Disegna due schemi di diffrazione osservati quando il filamento di una lampada accesa viene esaminato attraverso la fessura del calibro (con una larghezza della fessura di 0,05 e 0,8 mm). Descrivere il cambiamento nella natura del modello di interferenza con una rotazione regolare del calibro attorno all'asse verticale con una larghezza della fessura di 0,8 mm. Posiziona la cornice con il filo sullo sfondo di una lampada accesa parallela al filamento (Fig. 3). Spostando la cornice rispetto all'occhio, assicurati che al centro, nell'area dell'ombra geometrica del filo, si osservi una striscia luminosa. Disegna il modello di diffrazione osservato per un filamento sottile.

5.8. Guarda attraverso il tessuto di nylon nero il filamento di una lampada accesa. Ruotando il tessuto attorno all'asse, si ottiene un chiaro schema di diffrazione sotto forma di due bande di diffrazione incrociate ad angolo retto. Disegna la croce di diffrazione osservata, descrivila.

6.1. Numero e titolo dell'opera.

6.2. Obiettivo del lavoro.

6.3. Figura della figura di interferenza (Fig. 2) e sua spiegazione.

6.4. Spiegazione della figura di interferenza sulla superficie di una bolla di sapone.

6.5. Disegno di una figura di interferenza osservata da due lastre di vetro compresse. Spiegazione del suo cambiamento durante la compressione delle piastre.

6.6. Descrizione del modello di interferenza durante l'illuminazione di un CD.

6.7. Disegno di due pattern di diffrazione su una fenditura di 0.05 e 0.8 mm. Descrivi il suo cambiamento con una rotazione regolare della fessura attorno all'asse verticale.

6.8. Disegnare un modello di diffrazione su un filo sottile.

6.9. Disegno di un modello di diffrazione su un filo di kapron. croce di diffrazione.

Lavoro di laboratorio numero 13.

16. Diffrazione della luce. Principio di Huygens-Fresnel. Diffrazione di Fresnel e Fraunhofer. Reticolo di diffrazione. Diffrazione di raggi X.

La diffrazione delle onde luminose consiste nell'arrotondamento di ostacoli da parte di onde, ostacoli di varia forma e nell'ingresso di onde nella regione d'ombra. L'effetto della diffrazione delle onde è pronunciato quando

le dimensioni degli ostacoli che superano la lunghezza d'onda risultano essere

commisurato alla lunghezza d'onda Tuttavia, il fenomeno della diffrazione della luce

osservato da oggetti di grandi dimensioni, ma in questo caso è necessario

rimuovere lo schermo di sorveglianza a lunga distanza.

In condizioni di laboratorio, la diffrazione viene eseguita su una base dell'ordine di 1 m,

e un effetto pronunciato si riscontra quando la dimensione delle barriere d=1 mm o inferiore.

Il fenomeno della diffrazione della luce può essere rappresentato qualitativamente in base al principio di Huygens (c-c 17c)

Principio di Huygens Prendiamo una fonte di luce. Ogni punto del fronte d'onda è

sorgente elementare di onde secondarie. Il fronte d'onda nel momento successivo fornisce l'inviluppo delle onde secondarie.

Principio di Huygens-Fresnel: ogni punto del fronte d'onda è una sorgente elementare di onde secondarie, l'interferenza delle onde secondarie determina l'illuminazione in un dato punto dello schermo di osservazione.

Tuttavia, il principio di Huygens non consente di determinare l'intensità della luce proveniente dalla barriera questa direzione, quindi, la soluzione del problema della diffrazione della luce è solo qualitativa. Fresnel ha integrato il principio di Huygens con il principio dell'interferenza della luce.

Esprimiamo l'illuminazione in un dato punto sullo schermo di osservazione in base a Principio G-F per un fronte d'onda libero.

Annotiamo l'ampiezza dell'impatto elementare sul TO:
(1)

- ampiezza delle oscillazioni emanate dalla superficie del fronte d'onda con un'area di 1m 2

- l'ampiezza dell'oscillazione emanante dalla sezione elementare del fronte d'onda con un'area

Scriviamo l'oscillazione stessa:


(1a)

Per determinare l'entità dell'impatto dell'intero fronte d'onda in un dato punto, è necessario tener conto dell'interferenza delle onde secondarie secondo Fresnel, in altre parole, è necessario integrare l'ultimo f-lu sull'intero superficie
(2)

Il calcolo con la formula (2) è solitamente un compito difficile. Fresnel ha sviluppato un metodo in futuro che è stato chiamato il metodo delle zone di Fresnel., Il che rende relativamente facile determinare una serie di problemi. illuminazione senza ricorrere a complesse integrazioni L'essenza del metodo è che la superficie del fronte d'onda non è divisa in infinitamente piccolo

D diffrazione in raggi convergenti (diffrazione di Fresnel)

Considera una disposizione in cui c'è una sorgente puntiforme di luce, uno schermo di osservazione, e tra di loro c'è un oggetto di diffrazione sotto forma di un trasparente

schermo del foro. Usiamo il metodo delle zone di Fresnel.

Usiamo il principio di Huygens-Fresnel.

In t.O - l'effetto della diffrazione nei raggi convergenti.

Diffrazione in fasci paralleli (diffrazione di Fraunhofer)

Fraunhofer (tedesco, prima metà del XIX secolo)

Dopo aver attraversato l'oggetto di diffrazione, i raggi

correre in parallelo

.Il significato fisico del principio di Huygens-Fresnel. Derivazione in base alle leggi dell'ottica geometrica.

Secondo Huygens, la luce è un'onda. (Formulazione del principio di Huygens)

Derivazione in base alla legge di rifrazione

Problemi di diffrazione in raggi //-x

Il compito è calcolare la distribuzione dell'illuminazione

schema di diffrazione nel piano dello schermo E (nella focale

piano della lente L). Secondo il principio G-F

strisce elementari dX da X=0 a X=b arrivando a

arbitrario T.O. Interf. pres. somma

di tutte queste influenze elementari, tenendo conto delle relazioni di fase. Durante il calcolo, lo faremo

tenere conto della differenza di fase delle oscillazioni in entrata

v t.O è determinato dalla differenza nel percorso delle oscillazioni di vari elementi e la differenza di percorso è facilmente

è espresso in termini di angolo di diffrazione ψ. Dal piano AC perpendicolare alla trave

raggi diffratti, raggi da luoghi differenti per passare un diverso percorso geometrico,

ma lo stesso percorso ottico. Quello. la differenza di percorso è determinata dalla differenza di distanza da

piano slot al piano AC.

- l'ampiezza della vibrazione emanata dall'intera larghezza della fessura,

- l'ampiezza dell'oscillazione, gap uscente, larghezza unitaria.

- l'ampiezza dell'oscillazione emanata dalla larghezza infinitamente piccola della fessura (dx)

-oscillazione elementare proveniente da TO dall'elemento dx

. (7)

L'intensità del raggio di luce e l'illuminazione nel TO o l'energia portata a questo punto è proporzionale al quadrato dell'ampiezza:

(8)
(8a),

Descriviamo graficamente la distribuzione (8) e (8a):

Come risulta dal calcolo della distribuzione dell'illuminazione sullo schermo

E rappresenta il massimo principale di maggiore illuminazione

E il sistema del secondario debole adiacente

massimi separati da un minimo di illuminazione zero.

Formuliamo la condizione per minimi e massimi secondari. Per formare un minimo

è necessario che il numeratore nelle formule (7) e (8) giri a zero, purché il denominatore non sia uguale a zero.

Se:
-minimo zero luce, allora il numeratore è uguale a zero, mentre il denominatore non è uguale a 0,
(9)- minimok=1, 2, 3,…

Se:
-massimi secondari, allora il numeratore (8) è uguale a 1
(10)-secondary highsk=1, 2, 3,… Nei massimi secondari

Formula (11)

Tutti i risultati possono essere confermati sulla base del metodo dei diagrammi vettoriali, che sono fruttuosi in una serie di problemi.

Reticolo di diffrazione

Il reticolo di diffrazione è uno strumento spettrale moderno di altissima qualità. Caratteristiche del reticolo di diffrazione:

- area libera di dispersione,
- limite di risoluzione spettrale, R - potere di risoluzione spettrale,
- luminosità del dispositivo,
-

dispersione angolare.

La teoria della differenza. i reticoli saranno considerati utilizzando il metodo dell'induzione. Nel ragionamento, aumenteremo il numero di fessure del reticolo e osserveremo l'effetto di tale aumento sulla distribuzione dell'illuminazione. Oltre ai reticoli trasparenti depositati su lastre di vetro o di quarzo fuso, sono largamente utilizzati i reticoli riflettenti i cui tratti vengono applicati sulla superficie metallica. specchio, piano o convesso. Rigonfiamento. vengono utilizzati reticoli riflettenti senza l'uso di lenti in vetro o quarzo. ciò consente di effettuare ricerche spettrali nella regione del lontano UV dello spettro, per la quale anche l'aria è un mezzo fortemente assorbente.

Cassa Rass difr. da 2 slot identici.

Lascia: b- la larghezza di ogni fessura, c- la distanza tra le fessure.m

∆φ vicino \u003d 0 a res \u003d 2a 0; io=4io 0

v. 1: ∆φ vicino =π a res =0; io=0;

v.2: φ vicino \u003d 2π a res \u003d 2a 2; io=4io 2 ;

v.3.∆φ vicino =3π a res =0; io=0;

v. 4: ∆φ vicino \u003d 4π a res \u003d 2a 4 I \u003d 4I 4;

analogamente si considera quando aumenta il numero di fessure 1) all'aumentare del numero di fessure nel reticolo, i massimi principali si restringono. La larghezza del massimo principale risulta essere proporzionale a 1/N, N è il numero di slot. 2) Intensità dei capitoli. i massimi aumentano in proporzione a N 2 .3) I massimi ei minimi secondari compaiono tra massimi principali adiacenti, il numero di secondi. max=N-2 e N-1 – minimi. In pratica si usano reticoli in cui il numero di fessure è 10.000 o anche 100.000; quindi un vero reticolo ottico forma un sistema di larghezze molto strette proporzionali a 1/N e un massimo principale molto forte, mentre i massimi secondari creano solo un debole sfondo. massimo principale per un reticolo reale:

(12)-conv. capitoli max dalla griglia

(13) Tra i mn-va min dal reticolo, di particolare interesse è il 1° minimo adiacente principale. dato massimo.

(16) dovek=0,1,2,..; m=1,2,…N-1.F-la(16) dà conv. minimi dal reticolo. Considerando

(17)-conv. min-in dalla griglia

Fondamentali. santo difr. grigliati comp. nella ridistribuzione del primario raggio in alcuni selezionato cento direzioni specifiche di ud-x conv. capitoli massimo(14)

il reticolo è un riemettitore di luce. Il calcolo porta alla funzione di distribuzione dell'intensità:
(18), dove I 0 è l'intensità del reticolo ad un angolo ψ=0

- metà dello sfasamento dai bordi di uno slot

- semisfasamento da fasci adiacenti

(18), dove I 0 è l'intensità del reticolo ad un angolo ψ=0

La prima formula trigonometrica (18) tiene conto dell'effetto della diffrazione da una fenditura, la seconda tiene conto dell'effetto dell'interferenza del raggio N. Nei massimi principali la 2a funzione trigonometrica in (18a) assume il valore massimo pari a 1. Nella f-le (18b) il 2° trigonametro. f-i nei massimi principali assume il valore N 2 e m / y I 0 e I 01 ha il rapporto:
, è facile dimostrare che max. 2° valore trigonometrico. f-ii, cioè il suo valore nella regione dei massimi principali:
(14)

Il valore zero della 2a funzione trigonometrica corrisponde alla condizione
(17) – minimi (zero), k=0,1,2…., m=1,2,3,…, N-1

La principale teoria f-esima del reticolo differenziale è la condizione dei massimi principali (14). Una relazione importante della teoria della diffrazione reticolare è la condizione dei minimi (17). È facile vedere che la sostituzione (14) in f-lu (18a) porta al fatto che il 2° trigono. fattore def. nell'incertezza (0/0). Se questa incertezza si rivela secondo L'Hospital, vedremo che questo rapporto assume il valore massimo pari a 1. Quindi. f-la (14) - la condizione di max. nah-Xia in pieno accordo con la distribuzione (18a). Analogamente, la sostituzione (17) di minimi (zero) in (18a) porta al fatto che il numeratore del fattore trigonometrico si annulla, mentre il denominatore risulta essere diverso da zero, cioè relazione (17) inverte il 2° trig. fattore a zero. F-la (17) è per intero

secondo (18a). L'uso di diff. dic. - un potente dispositivo spettrale progettato per le misurazioni.

“Osservazione della diffrazione della luce da una stretta fenditura”

Attrezzatura: (cm disegno n° 9)

Spostiamo il cursore della pinza fino a formare uno spazio di 0,5 mm di larghezza tra le ganasce.

Avviciniamo all'occhio la parte smussata delle spugne (posizionando il guscio in verticale).

Attraverso questo spazio guardiamo il filo posizionato verticalmente della lampada accesa.

Osserviamo strisce iridescenti parallele ad esso su entrambi i lati del filo.

Modifichiamo la larghezza della fessura nell'intervallo 0,05 - 0,8 mm. Quando passano a fenditure più strette, le bande si allontanano, si allargano e formano spettri distinti. Se viste attraverso la fessura più ampia, le frange sono molto strette e vicine l'una all'altra.

Gli alunni disegnano ciò che vedono sui loro quaderni.

Lavoro sperimentale n. 5.

“Osservazione della diffrazione della luce su tessuto kapron”.

Attrezzatura: lampada a filamento dritto, tessuto in nylon di dimensioni 100x100mm (Figura 10)

Guardiamo attraverso il tessuto di nylon il filo di una lampada accesa.

Osserviamo una "croce di diffrazione" (uno schema sotto forma di due bande di diffrazione incrociate ad angolo retto).

Gli alunni disegnano su un quaderno l'immagine che vedono (croce di diffrazione).

Spiegazione: Un massimo di diffrazione è visibile al centro della crosta Colore bianco. A k=0, la differenza del percorso dell'onda è uguale a zero, quindi il massimo centrale è bianco.

La croce si ottiene perché i fili del tessuto sono due reticoli di diffrazione piegati insieme con asole tra loro perpendicolari. L'aspetto dei colori spettrali è spiegato dal fatto che la luce bianca è costituita da onde di diverse lunghezze. Il massimo di diffrazione della luce per diverse lunghezze d'onda si ottiene in posizioni diverse.

Lavoro sperimentale n. 6.

“Osservazione della diffrazione della luce su un disco grammofonico e su un disco laser”.

Attrezzatura: lampada a filamento diritto, disco grammofonico (vedi figura 11)

Il disco del grammofono è un buon reticolo di diffrazione.

Posizioniamo il disco in modo che i solchi siano paralleli al filamento della lampada e osserviamo la diffrazione in luce riflessa.

Guardando luminoso spettri di diffrazione diversi ordini.

Spiegazione: La luminosità degli spettri di diffrazione dipende dalla frequenza dei solchi applicati al disco e dall'ampiezza dell'angolo di incidenza dei raggi. (vedi figura 12)

I raggi quasi paralleli incidenti dal filamento della lampada vengono riflessi dai rigonfiamenti adiacenti tra le scanalature nei punti A e B. I raggi riflessi con un angolo uguale all'angolo di incidenza formano un'immagine del filamento della lampada sotto forma di una linea bianca. I raggi riflessi ad altri angoli hanno una certa differenza di percorso, a seguito della quale vengono aggiunte le onde.

Osserviamo la diffrazione su un disco laser in modo simile. (vedi figura 13)

La superficie di un CD è una traccia a spirale con un passo paragonabile alla lunghezza d'onda della luce visibile, sulla cui superficie a grana fine compaiono fenomeni di diffrazione e interferenza. I punti salienti dei CD sono iridescenti.

Diffrazione delle onde sull'acqua

Metodi di ricerca nella scienza - si tratta di un sistema di tecniche e procedure per attività finalizzate all'adempimento di uno specifico compito di ricerca. Qualsiasi scienza utilizza, insieme a metodi scientifici generali, metodi di ricerca specifici. Per raggiungere l'obiettivo in uno studio particolare, viene utilizzato un sistema di metodi, la cui scelta corretta ottimizza lo studio e ne aumenta l'efficacia. Metodi teorici della ricerca psicologica e pedagogica indirettamente e direttamente vanno all'analisi dei processi educativi reali (le loro cause, fonti di sviluppo, il sistema di condizioni che assicurano il loro effettivo funzionamento). metodi empirici finalizzato alla diagnosi e al cambiamento dello stato dell'oggetto in esame. Metodi di analisi quantitativa e qualitativa consentire di sistematizzare le informazioni ottenute utilizzando metodi empirici e trarre conclusioni preliminari sulla presenza di relazioni causali tra i fenomeni. Nel campo del sapere umanitario, a cui appartiene la pedagogia, si stanno diffondendo metodi di ricerca qualitativa che precedono la selezione e l'applicazione di metodi matematici e statistici. Aiutano a evitare l'unilateralità nell'ottenere conoscenze scientifiche, livellando l'individualità degli alunni e assicurano anche una percezione olistica delle loro differenze come un fatto e una norma oggettivi. Mantenere un equilibrio tra quantitativo e qualitativo in uno studio particolare consente di raggiungere la vera scientificità. In un'analisi qualitativa, una persona interessa il ricercatore non solo come oggetto di studio e fonte di informazioni, ma anche come mondo speciale di immagini ed esperienze. V. V. Kraevsky evidenzia alcuni dei più tratti caratteristici dei metodi di ricerca qualitativa: - gli strumenti di misurazione sono sviluppati e testati nel corso del lavoro scientifico stesso, sono spesso specifici, riflettono un approccio di ricerca individuale; - le procedure di ricerca a livello qualitativo sono raramente duplicate; - l'analisi viene effettuata riassumendo idee dai dati empirici raccolti; l'organizzazione dei dati è finalizzata all'ottenimento di un quadro olistico. Le scienze psicologiche e pedagogiche sono progettate per identificare i modelli del processo educativo come basi oggettive dell'attività pedagogica. La scelta dei metodi per un particolare studio è compito del ricercatore, le cui soluzioni sono considerate di seguito. lezioni.. 2.5. Regolarità come oggetto di ricerca scientifica. Qualsiasi scienza indaga su una certa classe di regolarità che oggettivamente esistono in un'area prescelta della realtà. La conoscenza delle regolarità consente di modellare i processi che si svolgono in una determinata area, di prevederli e di progettare attività (produttive) efficaci. Allo stesso tempo, sotto regolarità si riferisce a relazioni causali che si ripetono in modo persistente tra i fenomeni. Molti educatori si considerano "specialisti" nel campo della psicologia. : in fondo comunicano, risolvono problemi educativi, si “capiscono”, ecc. Infatti noi stiamo parlando sul cosiddetto "psicologia della vita"che ha pieno diritto all'esistenza. Molti psicologi professionisti si affidano all'esperienza della psicologia quotidiana, compresa la propria. esperienza di vita. Ma nella ricerca psicologica e pedagogica è ancora necessario distinguere psicologia scientifica e psicologia quotidiana. Yu. B. Gippenreiter individua seguenti differenze . 1. La conoscenza quotidiana è concreta, connessa a situazioni di vita specifiche, mentre la psicologia scientifica si sforza per la conoscenza generalizzata, basato sull'assegnazione di modelli generali di vita e comportamento delle persone. 2. La conoscenza quotidiana è più intuitiva e dentro scienza psicologica alla ricerca di una spiegazione razionale fenomeni mentali, ad es. per una migliore comprensione e persino previsione. 3. ^ La conoscenza quotidiana viene trasmessa in modi molto limitati (per passaparola, tramite lettere, ecc.) e conoscenza scientifica trasmesso attraverso - un sistema speciale per fissare l'esperienza accumulata da una persona(attraverso libri, conferenze, accumulati nelle scuole scientifiche, ecc.). 4. Dentro Nella psicologia quotidiana, l'acquisizione della conoscenza avviene attraverso l'osservazione, il ragionamento o attraverso l'esperienza diretta di determinati eventi da parte di una persona. IN psicologia scientifica, nuove conoscenze si ottengono in studi ed esperimenti speciali, nonché in forme speciali pensiero scientifico e immaginazione ("esperimento immaginario"). 5. ^ La psicologia scientifica ha un materiale fattuale vasto, diversificato e unico che è inaccessibile a qualsiasi portatore di psicologia quotidiana.. Una caratteristica speciale della conoscenza scientifica è la sua coerenza e ordine, che consente a ogni psicologo professionista di navigare in tutta la diversità di questa conoscenza. ^ Ma allo stesso tempo, non si può dire che la psicologia scientifica sia necessariamente "migliore" della psicologia quotidiana, poiché in effetti si completano a vicenda”. In psicologia, la ricerca di schemi generali si distingue per la generalizzazione delle informazioni scientifiche ricevute. Le caratteristiche psicologiche di un individuo sono preziose come dato di fatto per conclusioni generalizzate sui modelli della psicologia dello sviluppo, della psicologia dell'educazione, della psicologia della personalità e delle differenze individuali e della psicologia sociale. Nelle attività educative, si distinguono abbastanza spesso i seguenti modelli psicologici generali: - l'apprendimento porta allo sviluppo;- lo sviluppo è connesso con la formazione naturale E funzioni mentali superiori (memorizzazione logica, pensiero intenzionale, immaginazione creativa, arbitrarietà dei processi mentali); - espansione della zona dello stato attuale delle conoscenze e delle abilità del bambinoè dato da un adulto competente (insegnante e genitore) attraverso zona di sviluppo prossimale;- la presa in considerazione delle caratteristiche psicologiche legate all'età degli studenti viene effettuata attraverso la comprensione dello stato da parte dell'insegnante situazione sociale sviluppo del bambino, le possibilità del divenire attività principale, neoplasie psicologiche legate all'età; - l'attività educativa si forma sulla base della completezza dello sviluppo dell'attività principale nella fase di età precedente(attività di gioco), e il suo effettivo sviluppo pone le basi per il dispiegamento della successiva (attività di comunicazione); - la base dell'efficacia della padronanza dello studente attività didattiche- Questo compito di apprendimento, che viene risolto attraverso formazione graduale di azioni mentali; - efficiente interazione nell'attività di comunicazione tra insegnante e studente implica la necessità di costruire relazioni rilevanti che determinano le possibilità di influenza reciproca e comprensione reciproca. In pedagogia identificato e formulato una serie di relazioni regolari comuni esistenti nell'attività pedagogica. V. V. Kraevsky individua quanto segue: - lo sviluppo da parte delle generazioni più giovani dell'esperienza sociale delle generazioni più anziane (si fa riferimento ogniqualvolta si tratta di scienza pedagogica e il suo oggetto) - l'essenza sociale dell'educazione, la condizionalità di tutti i suoi elementi dallo stato socio-economico della società; - l'interazione di un insegnante e uno studente, un educatore e uno studente nel processo educativo, senza la quale questo stesso processo non esiste; - l'unità dei contenuti e degli aspetti procedurali dell'educazione. In pedagogia le leggi operano inevitabilmente come in natura. E sono della stessa natura oggettiva, cioè non dipendono dalla volontà di persone specifiche. Tuttavia, proprio come le leggi della natura, i modelli pedagogici non sono fatali: la loro considerazione non significa sottomissione. Ad esempio, ricordiamo l'inevitabilità dell'azione della legge di gravitazione universale. Non puoi conoscerlo o disprezzarlo, ma se inciampi, cadrai. Tuttavia, è stato sulla base di questa legge che sono stati sviluppati gli aerei. Comprendere le leggi dell'idro e dell'aerodinamica ha permesso ai marinai di navigare su una barca a vela controvento, sulle mure. Anche la comprensione dei modelli pedagogici consente di ottimizzare le attività di un insegnante, educatore, capo della scuola. Si sente spesso dire che “la vita educa, mette ogni cosa al suo posto; e se l'educazione contraddice la vita circostante, è inefficace: la vita vince sempre. Ma si sa che, ad esempio, nella stessa famiglia (cioè nelle stesse circostanze, “nella stessa vita”) crescono bambini completamente diversi. L'assimilazione dell'esperienza non avviene passivamente, subordinando la tradizione, procede nella comprensione di questa esperienza, nello sviluppo del proprio atteggiamento nei suoi confronti, nell'interazione di un adulto e di un bambino, di un insegnante e di un allievo. Se aiuti l'allievo a sviluppare una posizione costruttiva, allora puoi aiutarlo ad avere successo anche in un ambiente ostile.

Lo scopo della lezione:

• generalizzare le conoscenze sull'argomento "Interferenza e diffrazione della luce";
• continuare la formazione di abilità e abilità sperimentali degli studenti;
• fare domanda a Conoscenza teoretica spiegare i fenomeni della natura;
• promuovere l'interesse per la fisica e il processo conoscenza scientifica;
• contribuire all'espansione degli orizzonti degli studenti, allo sviluppo della capacità di trarre conclusioni dai risultati dell'esperimento.

Attrezzatura:

• lampada a filamento dritto (una per classe);
• anello di filo con manico (opere n. 1,2);
• un bicchiere di acqua saponata (opere n. 1,2);
• lastre di vetro (40 x 60 mm), 2 pezzi per set (opera n. 3) (attrezzatura fatta in casa);
• pinza (lavoro n. 4);
• tessuto di nylon (100 x 100 mm, attrezzatura fatta in casa, lavoro n. 5);
• dischi grammofonici (4 e 8 colpi per 1 mm, opera n. 6);
• CD (opera n. 6);
• fotografie di insetti e uccelli (opera n. 7).

Avanzamento della lezione

I. Attualizzazione delle conoscenze sull'argomento "Light Interference" (ripetizione del materiale studiato).

Insegnante: Prima di eseguire i compiti sperimentali, ripeteremo il materiale principale.

Quale fenomeno è chiamato il fenomeno dell'interferenza?

Quali onde sono caratterizzate da interferenza?

Definire onde coerenti.

Annotare le condizioni per massimi e minimi di interferenza.

La legge di conservazione dell'energia è rispettata nei fenomeni di interferenza?

Studenti (risposte suggerite):

– L'interferenza è un fenomeno caratteristico delle onde di qualsiasi natura: meccanica, elettromagnetica. "L'interferenza delle onde è l'addizione nello spazio di due (o più) onde, in cui nei suoi diversi punti si ottiene un'amplificazione o un indebolimento dell'onda risultante."

– Per la formazione di uno schema di interferenza stabile, sono necessarie sorgenti d'onda coerenti (accoppiate).

- Le onde coerenti sono onde che hanno la stessa frequenza e una differenza di fase costante.

Alla lavagna, gli studenti scrivono le condizioni per i massimi e i minimi.

L'ampiezza dello spostamento risultante nel punto C dipende dalla differenza nel percorso delle onde a distanza D 2 – D 1 .

figura 1 - condizioni massime	figura 2 - condizioni minime
, () dove k=0; ± 1; ±2; ± 3;... (la differenza nel percorso delle onde è pari ad un numero pari di semionde) Le onde provenienti dalle sorgenti S 1 e S 2 arriveranno al punto C nelle stesse fasi e si "amplificano a vicenda". Fasi di oscillazione Differenza di fase А=2Х max è l'ampiezza dell'onda risultante.	, () dove k=0; ± 1; ±2; ± 3;... (la differenza nel percorso delle onde è pari a un numero dispari di semionde) Le onde dalle sorgenti S 1 e S 2 arriveranno al punto C in antifase e "si estingueranno a vicenda". Fasi di oscillazione Differenza di fase A=0 è l'ampiezza dell'onda risultante.

Uno schema di interferenza è un'alternanza regolare di aree di intensità luminosa aumentata e ridotta.

- Interferenza della luce - ridistribuzione spaziale dell'energia della radiazione luminosa quando due o più onde luminose sono sovrapposte.

Di conseguenza, nei fenomeni di interferenza e diffrazione della luce, si osserva la legge di conservazione dell'energia. Nell'area di interferenza, l'energia luminosa viene solo ridistribuita senza essere convertita in altri tipi di energia. L'aumento di energia in alcuni punti del modello di interferenza rispetto all'energia luminosa totale è compensato dalla sua diminuzione in altri punti (l'energia luminosa totale è l'energia luminosa di due fasci di luce provenienti da sorgenti indipendenti).

Le strisce chiare corrispondono ai massimi di energia, le strisce scure corrispondono ai minimi di energia.

Insegnante: Passiamo alla parte pratica della lezione.

Lavoro sperimentale №1

“Osservazione del fenomeno dell'interferenza luminosa su una pellicola di sapone”.

Dotazione: bicchieri con una soluzione di sapone, anelli di filo con manico del diametro di 30 mm. ( vedi figura 3)

Gli studenti osservano l'interferenza in un'aula buia su una pellicola di sapone piatta sotto illuminazione monocromatica.

Sull'anello di filo prendiamo una pellicola di sapone e la posizioniamo verticalmente.

Osserviamo strisce orizzontali chiare e scure che cambiano in larghezza al variare dello spessore del film ( vedi figura 4).

Spiegazione. L'aspetto delle bande chiare e scure è spiegato dall'interferenza delle onde luminose riflesse dalla superficie del film. triangolo d = 2h

La differenza nel percorso delle onde luminose è pari al doppio dello spessore del film.

Se posizionato verticalmente, il film ha una forma a cuneo. La differenza nel percorso delle onde luminose nella sua parte superiore sarà minore che nella sua parte inferiore. In quei punti del film in cui la differenza di percorso è pari a un numero pari di semionde, si osservano strisce luminose. E con un numero dispari di mezze onde - strisce chiare. La disposizione orizzontale delle strisce è spiegata dalla disposizione orizzontale delle linee di uguale spessore del film.

4. Illuminare la pellicola di sapone con luce bianca (dalla lampada).

5. Osserviamo la colorazione delle bande luminose nei colori spettrali: in alto - blu, in basso - rosso.

Spiegazione. Questa colorazione è spiegata dalla dipendenza della posizione delle bande luminose dalla lunghezza d'onda del colore incidente.

6. Osserviamo anche che le strisce, espandendosi e mantenendo la loro forma, si abbassano.

Spiegazione. Ciò è dovuto a una diminuzione dello spessore del film, poiché la soluzione di sapone scorre verso il basso sotto l'azione della gravità.

Lavoro sperimentale n. 2

"Osservazione dell'interferenza della luce su una bolla di sapone".

1. Gli studenti soffiano bolla (Vedi figura 5).

2. Osserviamo la formazione di anelli di interferenza dipinti con colori spettrali sulle sue parti superiore e inferiore. Il bordo superiore di ogni anello luminoso ha Colore blu, quello inferiore è rosso. Man mano che lo spessore del film diminuisce, gli anelli, anch'essi in espansione, si abbassano lentamente. La loro forma anulare è spiegata dalla forma anulare di linee di uguale spessore.

Lavoro sperimentale n. 3.

“Osservazione dell'interferenza della luce su una pellicola d'aria”

Gli studenti uniscono piatti di vetro puliti e li stringono con le dita (vedi figura n. 6).

Le lastre sono visualizzate in luce riflessa sfondo scuro.

In alcuni punti osserviamo luminosi iridescenti a forma di anello o chiusi forma irregolare strisce.

Cambia la pressione e osserva il cambiamento nella posizione e nella forma delle strisce.

Insegnante: Le osservazioni in questo lavoro sono individuali. Disegna lo schema di interferenza che osservi.

Spiegazione: Le superfici delle lastre non possono essere perfettamente piane, quindi si toccano solo in pochi punti. Intorno a questi luoghi si formano i cunei d'aria più sottili di varie forme, che danno un'immagine di interferenza. (foto n. 7).

In luce trasmessa, la condizione massima 2h=kl

Insegnante: Il fenomeno dell'interferenza e della polarizzazione nella tecnologia delle costruzioni e dell'ingegneria viene utilizzato per studiare le sollecitazioni che si verificano nei singoli nodi di strutture e macchine. Il metodo di ricerca è chiamato fotoelastico. Ad esempio, quando il modello della parte viene deformato, viene violata l'omogeneità del vetro organico e la natura del modello di interferenza riflette le sollecitazioni interne della parte.(foto n. 8) .

II. Attualizzazione delle conoscenze sull'argomento "Diffrazione della luce" (ripetizione del materiale studiato).

Insegnante: Prima di fare la seconda parte del lavoro, ripeteremo il materiale principale.

Quale fenomeno è chiamato il fenomeno della diffrazione?

Condizione per la manifestazione della diffrazione.

Reticolo di diffrazione, sue tipologie e principali proprietà.

Condizione per osservare il massimo di diffrazione.

Perché viola più vicino al centro della figura di interferenza?

Studenti (risposte suggerite):

La diffrazione è il fenomeno della deviazione dell'onda dalla propagazione rettilinea quando passa attraverso piccoli fori e aggira piccoli ostacoli da parte dell'onda.

Condizione per la manifestazione della diffrazione: D < , Dove Dè la dimensione dell'ostacolo, è la lunghezza d'onda. Le dimensioni degli ostacoli (fori) devono essere inferiori o commisurate alla lunghezza d'onda. L'esistenza di questo fenomeno (diffrazione) limita la portata delle leggi ottica geometrica ed è la causa del limite di risoluzione degli strumenti ottici.

Reticolo di diffrazione - un dispositivo ottico, che è una struttura periodica di un largo numero elementi regolarmente distanziati su cui la luce viene diffratta. I tratti con un profilo definito e costante per un dato reticolo di diffrazione vengono ripetuti a intervalli regolari D(periodo reticolare). La capacità di un reticolo di diffrazione di scomporre un raggio di luce incidente su di esso in lunghezze d'onda è la sua proprietà principale. Ci sono reticoli di diffrazione riflettenti e trasparenti. Nei dispositivi moderni vengono utilizzati principalmente reticoli di diffrazione riflettenti..

Condizione per osservare il massimo di diffrazione:

Lavoro sperimentale n. 4.

“Osservazione della diffrazione della luce da una stretta fenditura”

Attrezzatura: (cm disegno n° 9)

1. Spostiamo il cursore della pinza fino a formare uno spazio di 0,5 mm di larghezza tra le ganasce.
2. Avviciniamo all'occhio la parte smussata delle spugne (posizionando il guscio in verticale).
3. Attraverso questo spazio guardiamo il filo posizionato verticalmente della lampada accesa.
4. Osserviamo strisce iridescenti parallele ad esso su entrambi i lati del filo.
5. Modifichiamo la larghezza della fessura nell'intervallo 0,05 - 0,8 mm. Quando passano a fenditure più strette, le bande si allontanano, si allargano e formano spettri distinti. Se viste attraverso la fessura più ampia, le frange sono molto strette e vicine l'una all'altra.
6. Gli alunni disegnano ciò che vedono sui loro quaderni.

Lavoro sperimentale n. 5.

“Osservazione della diffrazione della luce su tessuto kapron”.

Dotazione: una lampada a filamento dritto, tessuto in nylon di dimensioni 100x100mm (Figura 10)

1. Guardiamo attraverso il tessuto di nylon il filo di una lampada accesa.
2. Osserviamo una "croce di diffrazione" (uno schema sotto forma di due bande di diffrazione incrociate ad angolo retto).
3. Gli alunni disegnano su un quaderno l'immagine che vedono (croce di diffrazione).

Spiegazione: Al centro della crosta è visibile un picco di diffrazione bianco. A k=0, la differenza del percorso dell'onda è uguale a zero, quindi il massimo centrale è bianco.

La croce si ottiene perché i fili del tessuto sono due reticoli di diffrazione piegati insieme con asole tra loro perpendicolari. L'aspetto dei colori spettrali è spiegato dal fatto che la luce bianca è costituita da onde di diverse lunghezze. Il massimo di diffrazione della luce per diverse lunghezze d'onda si ottiene in posizioni diverse.

Lavoro sperimentale n. 6.

“Osservazione della diffrazione della luce su un disco grammofonico e su un disco laser”.

Equipaggiamento: lampada a filamento diritta, disco grammofonico (vedi figura 11)

Il disco del grammofono è un buon reticolo di diffrazione.

1. Posizioniamo il disco in modo che i solchi siano paralleli al filamento della lampada e osserviamo la diffrazione in luce riflessa.
2. Osserviamo spettri di diffrazione luminosi di diversi ordini.

Spiegazione: La luminosità degli spettri di diffrazione dipende dalla frequenza dei solchi applicati al disco e dall'angolo di incidenza dei raggi. (vedi figura 12)

I raggi quasi paralleli incidenti dal filamento della lampada vengono riflessi dai rigonfiamenti adiacenti tra le scanalature nei punti A e B. I raggi riflessi con un angolo uguale all'angolo di incidenza formano un'immagine del filamento della lampada sotto forma di una linea bianca. I raggi riflessi ad altri angoli hanno una certa differenza di percorso, a seguito della quale vengono aggiunte le onde.

Osserviamo la diffrazione su un disco laser in modo simile. (vedi figura 13)

La superficie di un CD è una traccia a spirale con un passo paragonabile alla lunghezza d'onda della luce visibile, sulla cui superficie a grana fine compaiono fenomeni di diffrazione e interferenza. I punti salienti dei CD sono iridescenti.

Lavoro sperimentale n. 7.

"Osservazione della colorazione per diffrazione degli insetti dalle fotografie".

Attrezzatura: (Vedi disegni n. 14, 15, 16.)

Insegnante: La colorazione per diffrazione di uccelli, farfalle e coleotteri è molto comune in natura. Un'ampia varietà di sfumature di colori diffrattivi è caratteristica di pavoni, fagiani, cicogne nere, colibrì e farfalle. La colorazione per diffrazione degli animali è stata studiata non solo dai biologi ma anche dai fisici.

Gli studenti guardano le fotografie.

Spiegazione: La superficie esterna del piumaggio di molti uccelli e la parte superiore del corpo di farfalle e coleotteri sono caratterizzate da una ripetizione regolare di elementi strutturali con un periodo da uno a diversi micron, formando un reticolo di diffrazione. Ad esempio, la struttura degli occhi centrali della coda del pavone può essere vista nella figura n. 14. Il colore degli occhi cambia a seconda di come la luce cade su di loro, da quale angolazione li guardiamo.

Domande di controllo (ogni studente riceve una scheda con un compito - rispondi alle domande per iscritto ):

1. Cos'è la luce?
2. Chi ha dimostrato che la luce è Onda elettromagnetica?
3. Qual è la velocità della luce nel vuoto?
4. Chi ha scoperto l'interferenza della luce?
5. Cosa spiega la colorazione iridescente dei sottili film di interferenza?
6. Le onde luminose di due lampadine a incandescenza possono interferire? Perché?
7. Perché uno spesso strato di olio non è iridescente?
8. La posizione dei massimi principali di diffrazione dipende dal numero di fenditure del reticolo?
9. Perché l'apparente colore iridescente di una pellicola di sapone cambia continuamente?

Compiti a casa (in gruppi, tenendo conto delle caratteristiche individuali degli studenti).

– Preparare una relazione sull'argomento "Il paradosso di Vavilov".

– Componi cruciverba con le parole chiave “interferenza”, “diffrazione”.

Letteratura:

1. Arabadzhi V.I. Colorazione per diffrazione di insetti / "Quantum" n. 2, 1975
2. Volkov V.A. universale sviluppi della lezione nella fisica. Grado 11. - M.: VAKO, 2006.
3. Kozlov S.A. Su alcune proprietà ottiche dei CD. / "Fisica a scuola" n. 1, 2006
4. CD / "Fisica a scuola" n. 1, 2006
5. Myakishev G.Ya., Bukhovtsev B.B. Fisica: Proc. per 11 celle. media scuola - M.: Istruzione, 2000
6. Fabbricante VA Il paradosso di Vavilov / "Quantum" n. 2, 1971
7. Fisica: Proc. per 11 celle. media scuola / NM Shakhmaev, SN Shakhmaev, DSShodiev. - M.: Istruzione, 1991.
8. Fisico Dizionario enciclopedico / “Enciclopedia sovietica”, 1983
9. Lezioni frontali di laboratorio di fisica nelle classi 7-11 generale istituzioni educative: Libro. per l'insegnante / VA Burov, Yu.I. Dik, BS Zworykin e altri; ed. VA Burova, GG Nikiforova. - M .: Istruzione: proc. lett., 1996

MINISTERO DELL'ISTRUZIONE E DELLA CULTURA

REGIONE DI TULA

istituto di istruzione statale di secondaria formazione professionale Regione di Tula
"Istituto Politecnico Lipkovsky"

A lezione aperta"Osservazione di interferenza e diffrazione della luce" (lavoro di laboratorio)

Lipky, 2012

Preparato dall'insegnante

Vorobyeva E.A. NOTA ESPLICATIVA

Il lavoro di laboratorio viene svolto utilizzando programma per computer"Lavoro di laboratorio virtuale in fisica Grado 11" (Edizione educativa elettronica della casa editrice Drofa).

Con l'aiuto del programma, i risultati degli esperimenti vengono visualizzati sugli schermi dei computer. Questo è uno dei lavori di laboratorio su cui si affina la capacità degli studenti di osservare e analizzare ciò che vedono. Durante l'attività di laboratorio si perseguono i seguenti obiettivi:

Formazione:

Riassumere le conoscenze sull'argomento "Interferenza e diffrazione della luce";

Applicare le conoscenze teoriche per spiegare i fenomeni naturali.

Educativo:

Contribuire alla formazione dell'interesse per la fisica e il processo di conoscenza scientifica;

Contribuire all'espansione degli orizzonti degli studenti, allo sviluppo della capacità di trarre conclusioni dai risultati dell'esperimento.

La relazione su questo lavoro si basa sul principio "Abbiamo osservato qualcosa ...". I risultati delle osservazioni sono registrati dagli studenti nel rapporto del lavoro di laboratorio, che è riportato nelle linee guida per l'esecuzione del lavoro di laboratorio per gli studenti della specialità 140118 e 190631. Alla fine del lavoro di laboratorio vengono forniti Domande di controllo a cui si deve rispondere per il credito di laboratorio. Il controllo delle conoscenze può essere effettuato utilizzando test al computer o la risposta orale di uno studente. Al completamento con successo del lavoro di laboratorio, viene assegnato un punteggio "superiore".

Durante le lezioni:

Parte 1. Attualizzazione delle conoscenze sull'argomento "Interferenza della luce" (ripetizione del materiale studiato)

Insegnante:

1. Quale fenomeno si chiama interferenza luminosa?
2. Quali onde sono caratterizzate da interferenza?
3. Definire onde coerenti.

Studenti: rispondere alle domande:

Risposte suggerite:

1. L'interferenza è un fenomeno caratteristico delle onde di qualsiasi natura: meccanica ed elettromagnetica. L'interferenza è un fenomeno che si verifica quando due (o più) onde luminose dello stesso periodo si sovrappongono in un mezzo isotropico omogeneo, a seguito del quale l'energia dell'onda viene ridistribuita nello spazio (1, p. 344) L'onda risultante viene rafforzata o indebolito.
2. Una condizione necessaria per l'interferenza delle onde è la loro coerenza. (1, pag. 345)
3. Le onde che hanno la stessa frequenza e una differenza di fase costante sono chiamate coerenti (1, p. 345)

Insegnante:

Studenti: considerare nelle raccomandazioni metodologiche la giustificazione teorica per la parte 1 (Appendice)

Insegnante: visualizza l'immagine per la parte 1 del passaggio 3. (Appendice)

Studenti: soddisfare il punto 4 linee guida. Spiegazioni orali: Osserviamo strisce orizzontali scure e chiare che cambiano in larghezza al variare dello spessore del film.

Insegnante: cambia l'immagine sullo schermo

studenti eseguire il passaggio 5. Risposta suggerita Osserviamo la colorazione delle bande luminose in colori spettrali. Sopra - blu (viola), sotto - rosso. Questa colorazione è spiegata dalla dipendenza della posizione delle bande luminose dalla lunghezza d'onda della luce incidente. Poiché la luce bianca è complessa, composta da sette colori.

Insegnante

studenti eseguire il punto 6. Risposta suggerita: Osserviamo la formazione di anelli di interferenza dipinti con colori spettrali sulle sue parti superiore e inferiore. Il bordo superiore di ciascun anello luminoso è di colore blu (viola), quello inferiore è rosso. Quando lo spessore del film diminuisce, gli anelli si espandono, spostandosi verso il basso sotto la forza di gravità.

Insegnante cambia l'immagine sullo schermo.

studenti eseguire il punto 7. Risposta suggerita: in alcuni punti osserviamo strisce iridescenti luminose a forma di anello o chiuse di forma irregolare. A causa della non idealità della forma delle superfici a contatto, tra le piastre si formano gli spazi d'aria più sottili.

Insegnante cambia l'immagine sullo schermo.

studenti eseguire il punto 8. Risposta suggerita: quando la forza che comprime le placche cambia, la posizione e la forma delle bande cambiano. Il colore iridescente diventa meno evidente al diminuire dello spessore del traferro.

Insegnante cambia l'immagine sullo schermo.

studenti seguire il passaggio 9. Risposta suggerita: L'interferenza dei raggi luminosi riflessi è particolarmente evidente. Vediamo uno spettro luminoso di raggi luminosi dal viola al rosso. La luminosità dipende dalla frequenza delle scanalature applicate.

Parte 2. Attualizzazione delle conoscenze sull'argomento "Diffrazione della luce" (ripetizione del materiale studiato)

Insegnante: Prima di eseguire attività sperimentali, ripeteremo il materiale principale:

1. Quale fenomeno si chiama diffrazione della luce?
2. Condizioni per la manifestazione della diffrazione.

Studenti: rispondere alle domande:

Risposte suggerite:

1. La diffrazione è il fenomeno della deviazione dell'onda dalla propagazione rettilinea quando passa attraverso piccoli fori e piega piccoli ostacoli dall'onda (1, p. 350).
2. La condizione per la manifestazione della diffrazione: la dimensione dell'ostacolo è inferiore o uguale alla lunghezza d'onda. Le dimensioni degli ostacoli (fori) devono essere inferiori o commisurate alla lunghezza d'onda. (1, pag. 351)

Insegnante: Passiamo alla parte pratica.

Studenti: leggi la giustificazione teorica per la parte 2 nelle raccomandazioni metodologiche (Appendice)

Insegnante: visualizza le immagini per la parte 2 del passaggio 1. (Appendice)

Studenti: soddisfare il paragrafo 1 della parte 2 delle linee guida. Spiegazioni orali: strisce iridescenti sono visibili su entrambi i lati del filo parallelamente ad esso. Quando la larghezza della fenditura diminuisce, le bande si allontanano, si allargano e formano spettri chiaramente distinguibili. Poiché gli ostacoli sotto forma di una fessura del calibro diventano commisurati alla lunghezza d'onda della luce visibile.

Insegnante cambia l'immagine sullo schermo.

studenti eseguire il punto 2. Risposta suggerita: quando il calibro ruota uniformemente attorno all'asse verticale, le bande iridescenti si allontanano e si allargano, formando spettri chiaramente distinguibili.

Insegnante cambia l'immagine sullo schermo.

studenti eseguire il passaggio 3. Risposta suggerita: si ottiene un modello di diffrazione quando si trovano strisce chiare e scure sui lati del filo e si osserva una striscia chiara al centro nella regione dell'ombra geometrica.

Insegnante cambia l'immagine sullo schermo.

studenti eseguire il passaggio 4. Risposta suggerita: un massimo di diffrazione è visibile al centro della croce luce bianca, e in ogni striscia ci sono diversi colori iridescenti. I fili nello spazio si intersecano ad angolo retto, quindi si ottiene un reticolo bidimensionale.

Insegnante: dopo aver analizzato le osservazioni, è necessario trarre una conclusione.

studenti fare una conclusione. Risposta suggerita: In questo laboratorio abbiamo osservato e spiegato gli aspetti caratteristici dei fenomeni di interferenza e diffrazione della luce.

Insegnante : per l'accredito dell'attività di laboratorio è necessario rispondere a domande di controllo al termine dell'attività di laboratorio.

Letteratura:

1. (pag. 344, 350)
2. (pag. 416, 420, 425)

Applicazione

Laboratorio n. 11

Osservazione di interferenza e diffrazione della luce

Obiettivo del lavoro: studiare le caratteristiche dell'interferenza e della diffrazione della luce.

Parte I

Osservazione dell'interferenza luminosa

Attrezzatura: 1) fiammiferi, 2) lampada a spirito, 3) un batuffolo di cotone su un filo in una provetta, inumidito con una soluzione di cloruro di sodio, 4) un anello di filo con manico, 5) un bicchiere con una soluzione di sapone , 6) un tubo di vetro, 7) lastre di vetro - 2 pezzi, 8) CD-ROM.

Giustificazione teorica.

L'attrezzatura necessaria per osservare l'interferenza della luce su una pellicola di sapone è mostrata nella Figura 1. Per osservare l'interferenza con la radiazione monocromatica, un pezzo di cotone idrofilo inumidito con una soluzione di cloruro di sodio viene introdotto nella fiamma di una lampada ad alcool. In questo caso, la fiamma è colorata giallo. Immergendo l'anello di filo 4 nella soluzione saponata 5 si ottiene una pellicola di sapone, posta verticalmente ed esaminata su fondo scuro sotto la luce gialla di una lampada ad alcool. Osservare la formazione di strisce orizzontali scure e gialle (Figura 2) e il cambiamento della loro larghezza al diminuire dello spessore del film.

In quei punti del film in cui la differenza di percorso dei raggi coerenti è uguale a un numero pari di semionde, si osservano strisce chiare e, in un numero dispari di semionde, si osservano strisce scure.

Quando il film è illuminato con luce bianca (da una finestra o da una lampada), le strisce luminose sono colorate: in alto - in blu, in basso - in rosso. Usando un tubo di vetro 6, una piccola bolla di sapone viene soffiata sulla superficie della soluzione di sapone. Se illuminato con luce bianca, si osserva la formazione di anelli di interferenza colorati. Quando lo spessore del film diminuisce, gli anelli si espandono e si abbassano.

L'interferenza si osserva anche quando si considera la superficie di contatto di due lastre di vetro 7 compresse tra loro.

A causa della non idealità della forma delle superfici a contatto, tra le piastre si formano gli interstizi d'aria più sottili, dando forma ad anello iridescente brillante o strisce chiuse di forma irregolare.

Quando la forza che comprime le piastre cambia, la posizione e la forma delle bande cambiano sia in luce riflessa che trasmessa.

Il fenomeno dell'interferenza dei raggi luminosi riflessi è particolarmente evidente quando si considera la superficie di un CD.

Seconda parte

Osservazione della diffrazione della luce

Attrezzatura : 1) calibro, 2) una lampada con un filamento dritto, 3) una cornice di cartone con un ritaglio in cui è teso un filo con un diametro di 0,1-0,3 mm, 4) tessuto di nylon nero.

Giustificazione teorica

La diffrazione della luce si manifesta nella violazione della rettilineità della propagazione dei raggi luminosi, la luce che si piega attorno agli ostacoli, nella penetrazione della luce nella regione di un'ombra geometrica. La distribuzione spaziale dell'intensità della luce dietro la disomogeneità del mezzo caratterizza il modello di diffrazione.

Come disomogeneità del mezzo, nel lavoro viene utilizzato uno spazio tra le ganasce del calibro. Attraverso questa fessura guardano il filo posizionato verticalmente della lampada accesa. Allo stesso tempo, le strisce arcobaleno sono visibili su entrambi i lati del filo, parallele ad esso. Quando la larghezza della fenditura diminuisce, le bande si allontanano, si allargano e formano spettri chiaramente distinguibili. Questo effetto si osserva particolarmente bene con una rotazione uniforme del calibro attorno all'asse verticale.

Un altro modello di diffrazione si osserva su un filamento sottile. Una cornice con un filamento è posta sullo sfondo di una lampada accesa parallela al filamento (figura).Rimuovendo e avvicinando la cornice all'occhio, si ottiene un motivo di diffrazione quando si trovano strisce chiare e scure sui lati del filamento, e al centro, nella regione della sua ombra geometrica, si osserva una striscia luminosa (figura ).

Un modello di diffrazione può essere osservato sul tessuto kapron. Nel tessuto kapron ci sono due distinte direzioni reciprocamente perpendicolari. Girando il tessuto attorno all'asse, guarda attraverso il tessuto il filamento di una lampada accesa, ottenendo un chiaro schema di diffrazione sotto forma di due bande di diffrazione incrociate ad angolo retto (croce di diffrazione). Al centro della croce è visibile un massimo di diffrazione del bianco e in ciascuna banda sono visibili diversi colori.

Ordine di lavoro

Parte I

1. Accendi la lampada a spirito.

2. Mettere nella fiamma un batuffolo di cotone inumidito con una soluzione di cloruro di sodio.

3. Immergere l'anello di filo nella soluzione di sapone per formare una pellicola di sapone.

4. Abbozza il modello di interferenza ottenuto sulla pellicola illuminata dalla luce gialla di una lampada a spirito.

5. Spiegare l'ordine di alternanza dei colori nello schema di interferenza quando la pellicola è illuminata con luce bianca.

6. Usa un tubo di vetro per soffiare una piccola bolla di sapone sulla superficie della soluzione di sapone. Spiegare il motivo del movimento verso il basso degli anelli di interferenza.

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7. Descrivi la figura di interferenza osservata da due lastre di vetro compresse.

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8. Come cambia lo schema osservato all'aumentare della forza che preme insieme le piastre?

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9. Descrivere lo schema di interferenza quando un CD è illuminato.

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Seconda parte

1. Disegna due modelli di diffrazione osservati durante l'esame del filamento di una lampada accesa attraverso la fessura del calibro (con una larghezza della fessura di 0,05 e 0,8 mm).

a = 0,05 mm a = 0,8 mm

2. Descrivere il cambiamento nella natura del modello di interferenza con una rotazione uniforme del calibro attorno all'asse verticale (a = 0,8 mm).

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3. Posiziona il telaio con il filo sullo sfondo di una lampada accesa parallela al filamento (vedi Fig. 3). Spostando la cornice rispetto all'occhio, assicurati che al centro, nell'area dell'ombra geometrica del filo, si osservi una striscia luminosa. Disegna il modello di diffrazione osservato per un filamento sottile.

4. Guarda attraverso il tessuto di nylon nero il filamento di una lampada accesa. Ruotando il tessuto attorno all'asse, si ottiene un chiaro schema di diffrazione sotto forma di due bande di diffrazione incrociate ad angolo retto. Disegna la croce di diffrazione osservata, descrivila.

Conclusione :

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Domande di controllo:

1. Cosa si chiama interferenza della luce?
2. Quali onde sono chiamate coerenti?
3. Formulare la condizione di massima e minima interferenza.
4. Cos'è la diffrazione della luce?

Letteratura:

1. Dmitrieva V.F. Fisica per le professioni delle specialità tecniche: un libro di testo per le istituzioni educative dell'istruzione professionale secondaria - M.: Centro editoriale "Academy", 2010. - 448 p.(pag. 344, 350)
2. Pinsky A.A., Granovsky G.Yu. Fisica: libro di testo / ed. ed. Yu.I. Dika, N.S. Purisheva. - 2a ed., rev. - M.: FORUM: INFRA-M, 2005. - 560 p.: ill. - (Educazione professionale)(pag. 416, 420, 425)

Soggetto: Osservazione dei fenomeni di interferenza e diffrazione della luce.

Obiettivo del lavoro: studiare sperimentalmente il fenomeno dell'interferenza e della diffrazione.

Attrezzatura:

• bicchieri con una soluzione di sapone;
• anello di filo con manico;
• tessuto di nylon;
• CD;
• lampada a incandescenza;
• calibri;
• due lastre di vetro;
• lama;
• pinzette;
• tessuto di nylon.

Parte teorica

L'interferenza è un fenomeno caratteristico delle onde di qualsiasi natura: meccanica, elettromagnetica. L'interferenza delle onde è la somma di due (o più) onde nello spazio, in cui nei suoi diversi punti si ottiene un'amplificazione o un indebolimento dell'onda risultante. Per formare uno schema di interferenza stabile, sono necessarie sorgenti d'onda coerenti (accoppiate). Le onde coerenti sono onde che hanno la stessa frequenza e differenza di fase costante.

Condizioni massime Δd = ±kλ, condizioni minime, Δd = ± (2k + 1)λ/2 dove k =0; ± 1; ±2; ±3;...(la differenza nel percorso delle onde è pari ad un numero pari di semionde

Uno schema di interferenza è un'alternanza regolare di aree di intensità luminosa aumentata e ridotta. L'interferenza luminosa è la ridistribuzione spaziale dell'energia della radiazione luminosa quando due o più onde luminose sono sovrapposte. Di conseguenza, nei fenomeni di interferenza e diffrazione della luce, si osserva la legge di conservazione dell'energia. Nell'area di interferenza, l'energia luminosa viene solo ridistribuita senza essere convertita in altri tipi di energia. L'aumento di energia in alcuni punti del modello di interferenza rispetto all'energia luminosa totale è compensato dalla sua diminuzione in altri punti (l'energia luminosa totale è l'energia luminosa di due fasci di luce provenienti da sorgenti indipendenti).
Le strisce chiare corrispondono ai massimi di energia, le strisce scure corrispondono ai minimi di energia.

La diffrazione è il fenomeno della deviazione dell'onda dalla propagazione rettilinea quando passa attraverso piccoli fori e aggira piccoli ostacoli da parte dell'onda. Condizione per la manifestazione della diffrazione: D< λ, Dove D- la dimensione dell'ostacolo, λ - lunghezza d'onda. Le dimensioni degli ostacoli (fori) devono essere inferiori o commisurate alla lunghezza d'onda. L'esistenza di questo fenomeno (diffrazione) limita la portata delle leggi dell'ottica geometrica ed è la ragione della limitazione della risoluzione degli strumenti ottici. Un reticolo di diffrazione è un dispositivo ottico che è una struttura periodica di un gran numero di elementi disposti regolarmente su cui la luce viene diffratta. I tratti con un profilo definito e costante per un dato reticolo di diffrazione vengono ripetuti a intervalli regolari D(periodo reticolare). La capacità di un reticolo di diffrazione di scomporre un raggio di luce incidente su di esso in lunghezze d'onda è la sua proprietà principale. Ci sono reticoli di diffrazione riflettenti e trasparenti. Nei dispositivi moderni vengono utilizzati principalmente reticoli di diffrazione riflettenti. Condizione per osservare il massimo di diffrazione: d sin(φ) = ± kλ

Istruzioni per il lavoro

1. Immergere il telaio metallico nella soluzione di sapone. Osserva e disegna il modello di interferenza nella pellicola di sapone. Quando il film è illuminato con luce bianca (da una finestra o da una lampada), le strisce luminose sono colorate: in alto - blu, in basso - rosso. Usa un tubo di vetro per soffiare una bolla di sapone. Guardalo. Se illuminato con luce bianca, si osserva la formazione di anelli di interferenza colorati. Quando lo spessore del film diminuisce, gli anelli si espandono e si abbassano.

Rispondere alle domande:

1. Perché le bolle di sapone sono iridescenti?
2. Che forma hanno le strisce arcobaleno?
3. Perché il colore della bolla cambia continuamente?

2. Pulisci accuratamente le lastre di vetro, uniscile e strizzale con le dita. A causa della forma non ideale delle superfici a contatto, i vuoti d'aria più sottili si formano tra le piastre, dando vita a strisce anulari iridescenti luminose o chiuse di forma irregolare. Quando la forza che comprime le piastre cambia, la posizione e la forma delle bande cambiano sia in luce riflessa che trasmessa. Disegna le immagini che vedi.

Rispondere alle domande:

1. Perché si osservano strisce luminose anulari iridescenti o di forma irregolare in punti separati di contatto tra le piastre?
2. Perché la forma e la posizione delle frange di interferenza ottenute cambiano con un cambiamento di pressione?

3. Posare un CD orizzontalmente all'altezza degli occhi. Cosa stai osservando? Spiegare i fenomeni osservati. Descrivi lo schema di interferenza.

4. Guarda attraverso il tessuto di nylon il filamento di una lampada accesa. Ruotando il tessuto attorno all'asse, si ottiene un chiaro schema di diffrazione sotto forma di due bande di diffrazione incrociate ad angolo retto. Disegna la croce di diffrazione osservata.

5. Osservare due schemi di diffrazione quando si esamina il filamento di una lampada accesa attraverso una fessura formata dalle ganasce di un calibro (con una larghezza della fessura di 0,05 mm e 0,8 mm). Descrivere il cambiamento nella natura del modello di interferenza quando il calibro viene ruotato uniformemente attorno all'asse verticale (con una larghezza della fessura di 0,8 mm). Ripeti questo esperimento con due lame, premendole l'una contro l'altra. Descrivere la natura della figura di interferenza

Registra le tue scoperte. Indica in quale dei tuoi esperimenti è stato osservato il fenomeno dell'interferenza? diffrazione?