Praca laboratoryjna nr 1 3
Temat: Obserwacja zjawisk interferencji i dyfrakcji światła
Cel: w trakcie eksperymentu wykazać istnienie dyfrakcji i inter-
zakłóceń, a także potrafić wyjaśnić przyczyny powstawania zakłóceń
wzory dyfrakcyjne i dyfrakcyjne
Jeśli światło jest strumieniem fal, to zjawisko należy zaobserwować ingerencja, tj. dodanie dwóch lub więcej fal. Nie jest jednak możliwe uzyskanie obrazu interferencyjnego (naprzemienne maksima i minima oświetlenia) przy użyciu dwóch niezależnych źródeł światła.
Aby uzyskać stabilny wzór interferencji, potrzebne są spójne (spójne) fale. Muszą mieć tę samą częstotliwość i stałą różnicę faz (lub różnicę ścieżek) w dowolnym punkcie przestrzeni.
Stabilny wzór interferencyjny obserwuje się na cienkich warstwach nafty lub oleju na powierzchni wody, na powierzchni bańki mydlanej.
Newton uzyskał prosty wzór interferencyjny obserwując zachowanie światła w cienkiej warstwie powietrza pomiędzy płytką szklaną a nałożoną na nią płasko-wypukłą soczewką.
Dyfrakcja– fale zaginające się wokół krawędzi przeszkód są nieodłącznym elementem każdego zjawiska falowego. Fale odbiegają od propagacji prostoliniowej pod zauważalnymi kątami tylko przy przeszkodach, których wymiary są porównywalne z długością fali, a długość fali światła jest bardzo mała (4 10 -7 m - 8 10 -7 m).
W tym laboratorium będziemy mogli obserwować zakłócenia i
dyfrakcji, a także wyjaśnić te zjawiska na gruncie teorii.
Sprzęt: - płytki szklane – 2 szt.;
Strzępy nylonu lub batystu;
Prosta żarówka, świeca;
Suwmiarka
Porządek pracy:
Notatka : należy sporządzić sprawozdanie z realizacji każdego doświadczenia zgodnie z
następujący schemat: 1) rysunek;
2) wyjaśnienie doświadczenia.
I . Obserwacja zjawiska interferencji światła.
1. Dokładnie wytrzyj szklane płytki, złóż je razem i ściśnij palcami.
2. Obejrzyj płytki w świetle odbitym , na ciemnym tle (umieść je
jest to konieczne, aby na powierzchni szkła nie tworzyły się zbyt jasne odbicia
z okien lub białych ścian).
3. W niektórych miejscach styku płyt obserwuje się jasne kolory tęczy
w kształcie pierścienia lub nieregularny kształt paski.
4. Narysuj zaobserwowany wzór interferencji.
II . Obserwacja zjawiska dyfrakcyjnego.
a) 1. Zamontować szczelinę o szerokości 0,05 mm pomiędzy szczękami zacisku.
2. Umieść nacięcie blisko oka, ustawiając je pionowo.
3. Patrzenie przez szczelinę na pionowo umieszczoną świetlistą nić
lampa, świeca, zegarek, po obu stronach nitki znajdują się tęczowe paski
(widma dyfrakcyjne).
4. Zwiększając szerokość szczeliny, zwróć uwagę, jak ta zmiana wpływa na dyfrakcję
zdjęcie.
5. Naszkicuj i wyjaśnij widma dyfrakcyjne otrzymane na szczelinie
zaciski do lampy i świecy.
b) 1. Obserwować widma dyfrakcyjne na kawałkach nylonu lub
2. Naszkicuj i wyjaśnij wzór dyfrakcyjny uzyskany na plastrze
III . Po przeprowadzeniu eksperymentów należy wyciągnąć ogólny wniosek na podstawie wyników obserwacji.
Pytania kontrolne:
1. Dlaczego nie obserwuje się tego w zwykłym pomieszczeniu, w którym znajduje się wiele źródeł światła?
ingerencja? Jaki warunek muszą spełniać te źródła?
Podaj ten warunek.
2. Jakie zjawisko obserwuje się na powierzchni baniek mydlanych?
Kto i jak wyjaśnił to zjawisko?
3. Jakie jest doświadczenie Junga? Jakie są jego rezultaty?
4. Wokół jakich przeszkód może zaginać się fala świetlna?
5. Jakie zjawisko wraz z interferencją i dyfrakcją miało miejsce w obserwacji?
doświadczenia, które miałeś? Jak się to objawiało?
Cel pracy: Zbadaj zależność okresu drgań wahadła nitkowego od długości gwintu i wahadła sprężynowego od masy ładunku.
Sprzęt: statyw, linijka, ciężarek na sznurku, zestaw odważników, stoper, sprężyna.
Wyjaśnienia do pracy
Wahadło nitkowe składa się z masy m zawieszonej na nieważkiej, nierozciągliwej nici o długości l. Wyraża się zależność okresu drgań wahadła nici od długości nici
formuła: .
Wahadło sprężyste składa się z masy o masie m zawieszonej na sprężynie o sztywności k. Zależność okresu drgań wahadła sprężystego od masy ładunku wyraża wzór: .
Zadania
Złóż wahadło strunowe.
Narysuj schemat doświadczenia.
Zmierz czas 15-20 oscylacji (liczba oscylacji we wszystkich eksperymentach powinna być taka sama).
Zmieniając długość nici (tylko zwiększając lub tylko zmniejszając), zmierz czas oscylacji jeszcze 4 razy.
Wypełnij Tabelę 1 wyników pomiarów i obliczeń:
| Doświadczenie nr. | Długość gwintu, l, m | Przedział czasu, t, s | Okres oscylacji | Okres oscylacji |
| 1 | ||||
| 2 | ||||
| 3 | ||||
| 4 | ||||
| 5 |
7. Sprawdź swoje obliczenia korzystając ze wzoru: .
Narysuj wykres okresu drgań wahadła nici w zależności od długości nici.
Zmontuj wahadło sprężynowe.
Narysuj schemat doświadczenia.
Określ sztywność sprężyny:
b) wyznacz siłę F , a także zmierzyć odpowiednie wydłużenie sprężyny X;
c) obliczyć współczynnik sztywności sprężyny korzystając ze wzoru: .
Zmierz czas 10-15 oscylacji (liczba oscylacji we wszystkich eksperymentach powinna być taka sama).
Zmieniając masę ładunku (tylko zwiększając lub tylko zmniejszając), zmierz czas oscylacji jeszcze 4 razy.
Wyznacz okres drgań wahadła w każdym doświadczeniu korzystając ze wzoru: T=t/N.
Wypełnij tabelę 2 wyników pomiarów i obliczeń:
| Doświadczenie nr. | Masa ładunku, m, kg | Przedział czasu, t, s | Okres oscylacji | Okres oscylacji |
| 1 | ||||
| 2 | ||||
| 3 | ||||
| 4 | ||||
| 5 |
Pytania kontrolne
Jakie wibracje nazywamy swobodnymi?
Jak okres drgań jest powiązany z częstotliwością?
Czy okres drgań dowolnego ciała zmieni się, jeśli zostanie ono umieszczone z powietrza w wodzie?
Jakie jest fizyczne znaczenie fazy oscylacji?
Literatura
Praca trwa 2 godziny
Praca laboratoryjna nr 11
Temat: Badanie zjawiskinterferencja i dyfrakcja światła
Cel pracy: badanie cechy interferencja i dyfrakcja światła.
Sprzęt: zapałki, lampa alkoholowa, kłębek waty na drucie w probówce zwilżonej roztworem chlorku sodu, druciany pierścień z rączką, szklanka z roztworem mydła, rurka szklana, płytki szklane - 2 szt. ., CD, zacisk, lampa z żarnikiem prostym, tkanina nylonowa kolor czarny.
Wyjaśnienia do pracy
Obserwując interferencję światła
Aby zaobserwować zakłócenia promieniowania monochromatycznego, należy włożyć do płomienia lampy alkoholowej kłębek waty zwilżonej roztworem chlorku sodu. W tym przypadku płomień jest kolorowy żółty. Zanurzając druciany pierścień w roztworze mydła, uzyskuje się film mydlany, umieszcza się go pionowo i bada ciemne tło przy oświetleniu żółtym światłem lampy alkoholowej. Obserwuje się powstawanie ciemnych i żółtych poziomych pasów oraz zmianę ich szerokości w miarę zmniejszania się grubości warstwy.
W tych miejscach filmu, w których różnica dróg spójnych promieni jest równa parzystej liczbie półfali, obserwuje się jasne paski, a przy nieparzystej liczbie półfali obserwuje się ciemne paski.
Po oświetleniu folii białym światłem (z okna lub lampy) paski świetlne stają się kolorowe: u góry Kolor niebieski, poniżej - kolor czerwony. Używanie szklanej rurki na powierzchni roztwór mydła wydmuchaj małą bańka mydlana. Przy oświetleniu światłem białym obserwuje się powstawanie kolorowych pierścieni interferencyjnych. W miarę zmniejszania się grubości warstwy pierścienie rozszerzają się i przesuwają w dół.
Interferencję obserwuje się także, biorąc pod uwagę powierzchnię styku dwóch dociśniętych do siebie płytek szklanych.
Ze względu na niedoskonały kształt stykających się powierzchni, pomiędzy płytami tworzą się cienkie puste przestrzenie powietrzne, dając jasne opalizujące paski w kształcie pierścienia lub zamknięte paski o nieregularnym kształcie.
Kiedy zmienia się siła ściskająca płytki, położenie i kształt pasków zmieniają się zarówno w świetle odbitym, jak i przechodzącym.
Zjawisko interferencji odbitych promieni świetlnych jest szczególnie wyraźnie widoczne podczas badania powierzchni płyty CD.
Obserwacja dyfrakcji światła
Dyfrakcja światła objawia się naruszeniem prostoliniowości rozchodzenia się promieni świetlnych, zaginaniem fal wokół przeszkód i przenikaniem światła w obszar cienia geometrycznego.
Ze względu na niejednorodność ośrodka w pracy wykorzystuje się szczelinę między szczękami suwmiarki. Przez tę szczelinę patrzą na pionowy żarnik płonącej lampy. Jednocześnie tęczowe paski są widoczne po obu stronach nici, równolegle do niej. W miarę zmniejszania się szerokości szczeliny pasma oddalają się od siebie, stają się szersze i tworzą wyraźnie rozróżnialne widma. Efekt ten jest szczególnie dobrze widoczny, gdy zacisk jest płynnie obracany wokół osi pionowej.
Na cienkiej nici obserwuje się inny wzór dyfrakcyjny. Ramkę z żarnikiem umieszcza się na tle płonącej lampy równolegle do żarnika. Po zdjęciu i zbliżeniu oprawki do oka uzyskujemy wzór dyfrakcyjny, gdy po bokach nitki znajdują się jasne i ciemne paski, a pośrodku, w obszarze jej geometrycznego cienia, obserwujemy jasny pasek.
Na tkaninie nylonowej można zaobserwować wzór dyfrakcyjny. W tkaninie nylonowej istnieją dwa różne, wzajemnie prostopadłe kierunki. Obracając tkaninę wokół jej osi, patrzą przez tkaninę na żarnik płonącej lampy, uzyskując wyraźny wzór dyfrakcyjny w postaci dwóch pasków dyfrakcyjnych skrzyżowanych pod kątem prostym (krzyż dyfrakcyjny). Maksimum dyfrakcji widoczne jest w środku krzyża biały, a każdy pasek zawiera kilka kolorów.
Zadania
Należy samodzielnie zapoznać się z wytycznymi dotyczącymi wykonywania prac laboratoryjnych.
Wykonaj eksperymenty, aby zaobserwować interferencję światła.
Doświadczenie 2: obejrzyj film mydlany oświetlony białym światłem (z okna lub lampy).
Wyjaśnij kolejność naprzemiennych kolorów we wzorze interferencyjnym, gdy klisza jest oświetlona światłem białym.
Doświadczenie 3: Za pomocą szklanej rurki wydmuchaj małą bańkę mydlaną na powierzchnię roztworu mydła. Wyjaśnij przyczynę ruchu pierścieni interferencyjnych w dół.
Doświadczenie 4: dociśnij do siebie dwie szklane płytki. Opisz zaobserwowany wzór interferencji. Wyznaczyć zmianę obrazu interferencji w miarę wzrostu siły ściskającej płyty.
Doświadczenie 5: weź płytę CD i skieruj ją na nią promienie światła od żarówki. Opisz wzór zakłóceń, gdy płyta CD jest podświetlona.
Przeprowadź eksperymenty, obserwując dyfrakcję światła.
Doświadczenie 2: weź nylonową szmatkę i przyjrzyj się przez nią żarnikowi płonącej lampy. Obracając tkaninę wokół jej osi, uzyskujemy wyraźny obraz dyfrakcyjny w postaci dwóch pasków dyfrakcyjnych skrzyżowanych pod kątem prostym. Narysuj zaobserwowany krzyż dyfrakcyjny i opisz go.
Przygotuj sprawozdanie, które powinno zawierać: nazwę tematu i cel pracy, rysunki wzorów interferencyjnych i dyfrakcyjnych, ich opis i objaśnienia, wnioski dotyczące pracy.
Pytania kontrolne
Zdefiniuj interferencję i dyfrakcję światła.
W jakich warunkach obserwuje się wzór interferencyjny?
Podaj warunek spójności fal świetlnych.
Co dowodzi zjawiska interferencji światła.
Podaj przykłady dyfrakcji światła.
Literatura
Dmitrieva V. F. Fizyka dla zawodów i specjalności technicznych: podręcznik dla instytucje edukacyjne początek i środa prof. Edukacja. - M.: Centrum Wydawnicze „Akademia”, 2014;
Samoilenko P.I. Fizyka dla zawodów i specjalności o profilu społeczno-ekonomicznym: podręcznik dla placówek edukacyjnych szkół podstawowych i średnich zawodowych. Edukacja. - M.: Ośrodek Wydawniczy „Akademia”, 2013;
Kasyanov V.D. Notatnik do pracy laboratoryjnej. Klasa 10. - M.: Drop, 2014.
Praca trwa 2 godziny
Praca laboratoryjna nr 12
Temat: Pomiar długości fali światła za pomocą siatki dyfrakcyjnej
Cel pracy: zmierzyć długość fali światła za pomocą siatki dyfrakcyjnej.
Sprzęt:źródło światła, siatka dyfrakcyjna, urządzenie do pomiaru długości fali światła.
Wyjaśnienia do pracy
Siatka dyfrakcyjna służy do rozdzielania światła na widmo i pomiaru długości fali światła. Najprostszą siatką dyfrakcyjną jest płytka szklana, na którą za pomocą precyzyjnej maszyny dzielącej nakłada się rysy równolegle do siebie i instaluje wąskie, nienaruszone paski. Zarysowane obszary są nieprzezroczyste dla światła, a fale świetlne zbliżające się do siatki zaginają się wokół zadrapań. Zwyczajowo nazywa się okres siatki d sumą rozmiarów przezroczystych i nieprzezroczystych pasków. Na przykład, jeśli na siatce dyfrakcyjnej znajduje się 100 linii na 1 mm, wówczas okres siatki d = 0,01 mm.
Niech równoległa, monochromatyczna (wszystkie fale mają tę samą długość fali) wiązka światła pada normalnie na siatkę. Światło przechodzące przez wąskie szczeliny ulega dyfrakcji, a promienie odchylają się pod różnymi kątami od pierwotnego kierunku. Każdą szczelinę siatki dyfrakcyjnej można uznać za niezależne źródło spójnego promieniowania. Zatem w każdym punkcie ekranu nastąpi dodawanie licznych promieni pochodzących z każdej szczeliny siatki dyfrakcyjnej i nastąpi ich interakcja. Ponieważ początkowa fala świetlna pada normalnie na siatkę, początkowe fazy wszystkich promieni są takie same. Odległość siatki od ekranu jest znacznie większa niż jego wymiary, zatem promienie z różnych szczelin podczerwieni pod tym samym kątem Θ będą padać w ten sam punkt na ekranie. Jego współrzędna b jest określona przez wyrażenie:
grzech Θ ≈ tan Θ = b/ A,
gdzie przyjmuje się, że kąty dyfrakcyjne są małe, więc wartość sinus można zastąpić styczną. Różnica dróg tych promieni jest związana z kątem dyfrakcji zależnością:
Jeżeli różnica dróg promieni jest równa liczbie całkowitej m=1,2,3,...długości fal, to: ∆ = m λ, a po dodaniu wzajemnie się wzmacniają i obserwuje się maksimum, które nazywa się głównym maksimum dyfrakcyjnym rzędu m.
Kąty dyfrakcyjne odpowiadające maksimom głównym wyznacza się ze wzoru:
∆=d sin Θ m = mλ.
Prawa strona tego równania nazywana jest równaniem siatki dyfrakcyjnej. Jak widać, położenie maksimum dyfrakcyjnego zależy od długości fali i rzędu maksimum m: im większa długość fali światła i numer porządkowy, tym większy kąt dyfrakcji. Dlatego też, gdy siatka jest oświetlona światłem białym, promienie o różnych długościach fal ulegają ugięciu pod różnymi kątami, w wyniku czego maksimum dyfrakcyjne zostaje przekształcone w widmo. W tym przypadku na ekranie powstaje zbiór widm, które mogą częściowo na siebie zachodzić (po jednym widmie odpowiada każda wartość rzędu dyfrakcyjnego m). Ograniczona liczba widm, które można uzyskać za pomocą siatki, wyznacza stosunek: m max = d/λ.
Gdy m=0 obraz tworzony jest przez wiązkę równoległą do padającej wiązki światła (Θ=0), a działania wszystkich promieni niezależnie od długości fali sumują się, tak że w środku widoczny jest biały pasek światła.
Zadania
Należy samodzielnie zapoznać się z wytycznymi dotyczącymi wykonywania prac laboratoryjnych.
Umieść siatkę dyfrakcyjną w ramce urządzenia.
Patrząc przez siatkę dyfrakcyjną, skieruj urządzenie na źródło światła tak, aby było ono widoczne przez wąską szczelinę celowniczą ekranu. W tym przypadku widma dyfrakcyjne kilku rzędów pojawią się po obu stronach szczeliny na czarnym tle. Jeżeli widma są nachylone, należy obrócić siatkę o określony kąt, aż przechylenie zostanie wyeliminowane. Określ położenie czerwonych i fioletowych granic widma dla 1. i 2. rzędu. Zmierz odległość osłony od kratki i oblicz długość fali światła fioletowego i czerwonego, korzystając ze wzoru:
Dystans A– od siatki do ekranu, odległość b – od szczeliny do linii widma wykrywanej fali, m – rząd widma, d – stała siatki.
Powtórz pomiary długości światła fioletowego i czerwonego w mniejszej odległości A z siatki dyfrakcyjnej.
Wyniki pomiarów i obliczeń wpisz do tabeli:
| Doświadczenie nr. | stała sieci, d, mm | Kolejność widma, m | Odległość siatki od skali, A, mm | Wartość odchylenia, b, mm | Długość fali świetlnej, λ, mm |
||
| fioletowy. | czerwony | fioletowy | czerwony |
||||
| 1 | |||||||
| 2 | |||||||
Przygotuj sprawozdanie, powinno ono zawierać: nazwę tematu i cel pracy, spis niezbędny sprzęt, obliczone zależności, tabela z wynikami pomiarów i obliczeń, wnioski z pracy.
Odpowiedz ustnie Pytania kontrolne.
Pytania kontrolne
Które fale (światło czerwone czy fioletowe) załamują się bardziej i dlaczego?
Zdefiniuj dyfrakcję światła.
Jak kąt dyfrakcji zależy od okresu siatki?
Do czego służy siatka dyfrakcyjna?
Jak określić długość fali światła?
Literatura
Dmitrieva V.F. Fizyka dla zawodów i specjalności technicznych: podręcznik dla początkujących instytucji edukacyjnych. i środa prof. Edukacja. - M.: Centrum Wydawnicze „Akademia”, 2014;
Samoilenko P.I. Fizyka dla zawodów i specjalności o profilu społeczno-ekonomicznym: podręcznik dla placówek edukacyjnych szkół podstawowych i średnich zawodowych. Edukacja. - M.: Ośrodek Wydawniczy „Akademia”, 2013;
Kasyanov V.D. Notatnik do pracy laboratoryjnej. Klasa 10. - M.: Drop, 2014.
Praca trwa 2 godziny
Temat: Optyka
Lekcja: Praktyczna praca na temat „Obserwacja interferencji i dyfrakcji światła”
Nazwa:„Obserwacja interferencji i dyfrakcji światła”.
Cel: eksperymentalnie badać interferencję i dyfrakcję światła.
Sprzęt: lampa z żarnikiem prostym, 2 płytki szklane, ramka z drutu, roztwór mydła, suwmiarka, gruby papier, kawałek kambryku, nić nylonowa, zacisk.
Doświadczenie 1
Obserwacja wzoru interferencyjnego przy użyciu płytek szklanych.
Bierzemy dwie szklane płytki, przed wykonaniem tej czynności dokładnie je wycieramy, po czym szczelnie składamy i ściskamy. Należy naszkicować wzór interferencji, który widzimy na płytkach.
Aby zobaczyć zmianę obrazu w zależności od stopnia kompresji szkła, należy wziąć urządzenie dociskowe i za pomocą śrub docisnąć płytki. W rezultacie zmienia się wzór interferencji.
Doświadczenie 2
Zakłócenia na cienkich warstwach.
Aby obserwować ten eksperyment, weź wodę z mydłem i drucianą ramkę, a następnie obserwuj, jak tworzy się cienki film. Jeśli rama zostanie opuszczona do wody z mydłem, po jej podniesieniu widoczny będzie film mydlany. Obserwując ten film w świetle odbitym, można dostrzec prążki interferencyjne.
Doświadczenie 3
Ingerencja w bańki mydlane.
Do obserwacji użyjemy roztworu mydła. Dmuchanie baniek mydlanych. Sposób, w jaki mienią się bąbelki, wynika z interferencji światła (patrz rys. 1).
Ryż. 1. Interferencja światła w bąbelkach
Obraz, który widzimy, może wyglądać tak (patrz rysunek 2).
Ryż. 2. Wzór interferencyjny
Jest to interferencja światła białego, gdy nałożymy soczewkę na szkło i oświetlimy ją zwykłym białym światłem.
Jeśli użyjesz filtrów świetlnych i oświetlisz światłem monochromatycznym, zmieni się wzór interferencji (zmienia się naprzemienność ciemnych i jasnych pasów) (patrz ryc. 3).
Ryż. 3. Korzystanie z filtrów
Przejdźmy teraz do obserwacji dyfrakcji.
Dyfrakcja jest zjawiskiem falowym właściwym dla wszystkich fal, które obserwuje się na krawędziach dowolnych obiektów.
Doświadczenie 4
Dyfrakcja światła na małej wąskiej szczelinie.
Stwórzmy szczelinę pomiędzy szczękami zacisku przesuwając jego części za pomocą śrub. Aby obserwować dyfrakcję światła, zaciskamy kartkę papieru pomiędzy szczękami suwmiarki, aby następnie można było tę kartkę wyciągnąć. Następnie przybliżamy tę wąską szczelinę prostopadle blisko oka. Obserwując jasne źródło światła (żarówkę) przez szczelinę, można zobaczyć dyfrakcję światła (patrz ryc. 4).
Ryż. 4. Dyfrakcja światła na cienkiej szczelinie
Doświadczenie 5
Dyfrakcja na grubym papierze
Jeśli weźmiesz grubą kartkę papieru i wykonasz nacięcie brzytwą, to przybliżając ten kawałek papieru do oka i zmieniając położenie dwóch sąsiednich kartek, możesz zaobserwować dyfrakcję światła.
Doświadczenie 6
Dyfrakcja małej apertury
Do obserwacji takiej dyfrakcji potrzebujemy grubej kartki papieru i szpilki. Za pomocą szpilki wykonaj małą dziurkę w arkuszu. Następnie przybliżamy otwór do oka i obserwujemy jasne źródło światła. Widoczna jest w tym przypadku dyfrakcja światła (patrz rys. 5).
Zmiana obrazu dyfrakcyjnego zależy od wielkości otworu.
Ryż. 5. Dyfrakcja światła na małej aperturze
Doświadczenie 7
Dyfrakcja światła na kawałku gęstej przezroczystej tkaniny (nylon, cambric).
Weźmy taśmę cambric i umieszczając ją w niewielkiej odległości od oczu, spójrz przez taśmę na jasne źródło światła. Zobaczymy dyfrakcję, tj. wielokolorowe paski i jasny krzyż, który będzie składał się z linii widma dyfrakcyjnego.
Rysunek przedstawia fotografie obserwowanej dyfrakcji (patrz ryc. 6).
Ryż. 6. Dyfrakcja światła
Raport: powinna przedstawiać zaobserwowane w trakcie pracy wzory interferencyjne i dyfrakcyjne.
Zmiana linii charakteryzuje sposób, w jaki zachodzi szczególna procedura załamania i dodawania (odejmowania) fal.
Na podstawie wzoru dyfrakcyjnego uzyskanego ze szczeliny stworzono specjalne urządzenie - siatka dyfrakcyjna. Jest to zespół szczelin, przez które przechodzi światło. Urządzenie to jest potrzebne do prowadzenia szczegółowych badań światła. Na przykład siatkę dyfrakcyjną można wykorzystać do określenia długości fali światła.
- Fizyka().
- Pierwszy września. Gazeta edukacyjno-metodologiczna ().
16. Dyfrakcja światła. Zasada Huygensa-Fresnela. Dyfrakcja Fresnela i Fraunhofera. Siatka dyfrakcyjna. Dyfrakcja rentgenowska.
Dyfrakcja fal świetlnych polega na tym, że fale zaginają się wokół przeszkód, przeszkód o różnych kształtach oraz fal wchodzących w obszar cienia. Efekt dyfrakcji fali jest wyraźny, gdy
okazują się, że wymiary przeszkód przekraczają długość fali
proporcjonalne do długości fali, jednakże występuje zjawisko dyfrakcji światła
obserwowane z dużych obiektów, ale w tym przypadku jest to konieczne
usuwaj ekran monitorujący na duże odległości.
W warunkach laboratoryjnych dyfrakcję przeprowadza się na przestrzeni rzędu 1 m,
i wyraźny efekt wykrywa się przy przeszkodach o rozmiarach d = 1 mm lub mniejszych.
Zjawisko dyfrakcji światła można przedstawić jakościowo w oparciu o zasadę Huygensa (kts 17c)
Zasada Huygensa Miejmy źródło światła. Każdy punkt na czole fali reprezentuje
elementowe źródło fal wtórnych. Czoło fali w następnym momencie daje obwiednię fal wtórnych.
Zasada Huygensa-Fresnela: Każdy punkt czoła fali jest elementarnym źródłem fal wtórnych, interferencja fal wtórnych determinuje oświetlenie w danym punkcie ekranu obserwacyjnego.
Jednak zasada Huygensa nie pozwala nam określić natężenia światła padającego od przeszkody w tym kierunku dlatego rozwiązanie problemu dyfrakcji światła ma charakter wyłącznie jakościowy. Fresnel uzupełnił zasadę Huygensa zasadą interferencji światła.
Wyraźmy natężenie oświetlenia w danym punkcie na ekranie obserwacyjnym na podstawie Zasada G-F dla frontu fali swobodnej.
Zapiszmy amplitudę elementarnego wpływu na punkt O: 
(1)
- amplituda oscylacji pochodzących z powierzchni czoła fali o powierzchni 1 m 2
- amplituda oscylacji pochodząca z elementarnego odcinka czoła fali o powierzchni 
Zapiszmy samą wibrację: 
(1a)
Aby określić wielkość oddziaływania całego czoła fali w danym punkcie należy uwzględnić interferencję fal wtórnych według Fresnela, innymi słowy konieczne jest całkowanie ostatniego współczynnika po całej powierzchni 
(2)
Obliczenia przy użyciu wzoru (2) zazwyczaj przedstawiają trudne zadanie. Następnie Fresnel opracował metodę zwaną metodą strefową Fresnela, która umożliwia stosunkowo proste określenie wielu problemów. oświetlenia bez uciekania się do złożonego całkowania.Istota metody polega na tym, że powierzchnia czoła fali nie jest dzielona na nieskończenie małe
D 
dyfrakcja w zbiegających się wiązkach (dyfrakcja Fresnela)
Rozważmy układ, w którym znajduje się punktowe źródło światła, ekran obserwacyjny, a pomiędzy nimi znajduje się obiekt dyfrakcyjny w postaci przezroczystej soczewki
ekran z dziurą. Zastosujmy metodę strefową Fresnela.
Skorzystajmy z zasady Huygensa-Fresnela.
W t.O - efekt dyfrakcji w zbiegających się promieniach.
Dyfrakcja na wiązkach równoległych (dyfrakcja Fraunhofera)
Fraunhofer (niemiecki, 1. poł. XIX w.)
Po przejściu przez obiekt dyfrakcyjny promienie
biegać równolegle
.Fizyczne znaczenie zasady Huygensa-Fresnela. Wyprowadzenie na podstawie praw optyki geometrycznej.
Według Huygensa światło jest falą. (Sformułowanie zasady Huygensa)
Wyprowadzenie na tej podstawie prawa załamania światła
Zagadnienia dyfrakcji w promieniach //-
Zadanie polega na obliczeniu rozkładu oświetlenia
wzór dyfrakcyjny na płaszczyźnie ekranu E (w ognisku
płaszczyzna soczewki L). Zgodnie z zasadą G-F
podstawowe paski dX od X=0 do X=b dochodzące do
arbitralne T.O. Interf. prez. jest podsumowaniem
wszystkie takie elementarne wpływy z uwzględnieniem zależności fazowych. Przy obliczaniu tak zrobimy
wziąć pod uwagę różnicę faz przychodzących oscylacji
V 
T.O jest określane na podstawie różnicy ścieżek oscylacji różnych elementów, a różnica ścieżek jest łatwa
wyrażony poprzez kąt dyfrakcji ψ. Z płaszczyzny AC prostopadłej do belki
promienie odbite, promienie od różne miejsca do t.O istnieją różne ścieżki geometryczne,
ale ta sama ścieżka optyczna. To. różnica skoku jest określana na podstawie różnicy odległości od
płaszczyzna szczeliny do płaszczyzny AC.
-amplituda drgań pochodzących z całej szerokości szczeliny,
- amplituda oscylacji, szczelina wychodząca, szerokość jednostki.
- amplituda oscylacji pochodząca od nieskończenie małej szerokości szczeliny (dx)
-drgania elementarne dochodzące do punktu O od elementu dx 
.
(7)
Natężenie wiązki światła i oświetlenia w punkcie lub energia doprowadzona do tego punktu jest proporcjonalna do kwadratu amplitudy: 
(8)
(8a),
Przedstawmy rozkłady (8) i (8a) graficznie:
Z obliczeń wynika rozkład oświetlenia na ekranie
E reprezentuje główne maksimum większego oświetlenia
I system sąsiedniego słabego drugorzędnego
maksima oddzielone minimalnym zerowym oświetleniem.
Sformułujmy warunek na minima i maksima wtórne. Aby stworzyć minimum
konieczne jest, aby licznik we wzorach (7) i (8) zwrócił się do zera, pod warunkiem, że mianownik nie jest równy zero.
Jeśli: 
-minimalne zerowe oświetlenie, to licznik jest równy zero, a mianownik nie jest równy 0, 
(9)- minimumk=1, 2, 3,…
Jeśli: 
-wzloty wtórne, wówczas licznik (8) jest równy 1 
(10)-maksymak wtórny=1, 2, 3,... W maksimach wtórnych 
Formuła (11)
Wszystkie wyniki można potwierdzić w oparciu o metodę diagramów wektorowych, która jest owocna w wielu problemach.
Siatka dyfrakcyjna
Siatka dyfrakcyjna jest nowoczesnym urządzeniem spektralnym o całkowicie wysokiej jakości. Charakterystyka siatki dyfrakcyjnej:
- obszar swobodnej dyspersji, 
-granica rozdzielczości widmowej, R-spektralna zdolność rozdzielcza, 
- otwór urządzenia, 
-
dyspersja kątowa.
Teoria różnic. Rozważymy kraty metodą indukcyjną. W naszym rozumowaniu zwiększymy liczbę szczelin siatki i zaobserwujemy wpływ takiego wzrostu na rozkład oświetlenia. Oprócz przezroczystych siatek nakładanych na płytki szklane lub topione kwarce, szeroko stosowane są siatki odblaskowe, których pociągnięcia nakładane są na powierzchnię metalu. lustra płaskie lub wypukłe. Wybrzuszenie. Siatki odblaskowe stosuje się bez użycia soczewek szklanych lub kwarcowych. umożliwia to prowadzenie badań spektralnych w odległym zakresie UV widma, dla którego nawet powietrze okazuje się ośrodkiem silnie absorbującym.
Rass przypadek dif. z 2 identycznych szczelin.
Niech: b – szerokość każdej szczeliny, c – odległość między szczelinami.m
∆φ sąsiad =0 a res =2a 0 ; Ja=4Ja 0
w. 1: ∆φ sąsiad =π a res =0; ja=0;
t.2:φ sąsiad =2π a res =2a 2 ; Ja=4Ja 2 ;
t.3.∆φ sąsiad =3π a res =0; ja=0;
w. 4: ∆φ sąsiad =4π a res =2a 4 I=4I 4 ;
rozważa się to w podobny sposób, gdy wzrasta liczba szczelin: 1) wraz ze wzrostem liczby szczelin w siatce główne maksima maleją. Szerokość głównego maksimum okazuje się proporcjonalna do 1/N, N to liczba szczelin. 2) Intensywność rozdziałów. maksima rosną proporcjonalnie do N 2.3) Pomiędzy sąsiednimi maksimami głównymi pojawiają się maksima i minima wtórne, liczba wtórnych. max.=N-2 i N-1 – minimum. W praktyce stosuje się siatki, w których liczba szczelin wynosi 10 000, a nawet 100 000, więc prawdziwa siatka optyczna tworzy układ o bardzo wąskich szerokościach proporcjonalnych do 1/N i bardzo silnym maksimum głównym, a maksima wtórne tworzą jedynie słabe tło Napiszmy warunek. maksimum główne dla prawdziwej sieci:
(12)-war. rozdziały maks. z siatki 
(13) Wśród zbiorów min z sieci szczególnie interesujące jest pierwsze minimum sąsiadujące z głównym. do tego maksimum. 
(16) gdzie k=0,1,2,..; m=1,2,…N-1.F-la(16) daje warunek. minimum z sieci. Rozważając 
(17)-war. min-in z sieci
Podstawy święty różnic. komp. kratowe w redystrybucji pierwotnej kilka w niektórych wybrał sto konkretnych kierunków zadowalających warunków. rozdziały maks. (14)
siatka jest reemiterem światła. Obliczenia prowadzą do funkcji rozkładu intensywności: 
(18), gdzie I 0 jest natężeniem pochodzącym z siatki pod kątem ψ=0
- połowa przesunięcia fazowego od krawędzi jednej szczeliny
- połowa przesunięcia fazowego od sąsiednich promieni
(18), gdzie I 0 jest natężeniem pochodzącym z siatki pod kątem ψ=0
Pierwszy wzór trygonametryczny (18) uwzględnia wpływ dyfrakcji na jednej szczelinie, drugi uwzględnia wpływ interferencji promieni N. W maksimach głównych 2. funkcja trygonametryczna w (18a) przyjmuje maksymalnie wartość równą 1. We wzorze (18b) jest to 2. trygonametr. f-i w maksimach głównych przyjmuje wartość N 2, a m/y I 0 i I 01 ma zależność: 
,nie jest trudno udowodnić, że max. wartość 2. wyzwalacza. f-ii, tj. jego wartość w obszarze maksimów głównych: 
(14)
Warunek odpowiada zerowej wartości drugiej funkcji trygonometrycznej 
(17) – minima (zera), k=0,1,2…., m=1,2,3,…, N-1
Główną teorią siatek dyfrakcyjnych jest warunek głównych maksimów (14). Ważną zależnością w teorii siatek dyfrakcyjnych jest warunek minimów (17). Łatwo zauważyć, że podstawienie (14) do wzoru (18a) prowadzi do tego, że jest to drugi trygon. współczynnik def. w niepewność (0/0). Jeśli ujawnimy tę niepewność według L'Hopital, zobaczymy, że stosunek ten przyjmuje maksymalnie wartość 1. Zatem. f-la (14) – stan max. xia w pełnej zgodności z rozkładem (18a). Podobnie podstawienie (17) minimów (zer) do (18a) prowadzi do tego, że licznik współczynnika trygonometrycznego staje się zerem, natomiast mianownik okazuje się różny od zera, tj. relacja (17) odwraca drugi trygonometr. współczynnik do zera. F-la (17) jest w całości
zgodnie z (18a). Zastosowanie różnic. decydować – potężny instrument spektralny przeznaczony do pomiarów.
„Obserwacja dyfrakcji światła na wąskiej szczelinie”
Wyposażenie: (cm rysunek nr 9)
Przesuwamy suwak zacisku, aż między szczękami utworzy się szczelina o szerokości 0,5 mm.
Ukośną część gąbek umieszczamy blisko oka (ustawiając szyję pionowo).
Przez tę szczelinę patrzymy na pionowy żarnik płonącej lampy.
Obserwujemy równoległe do niej tęczowe paski po obu stronach nitki.
Zmieniamy szerokość szczeliny w zakresie 0,05 - 0,8 mm. Przechodząc do węższych szczelin, pasma oddalają się od siebie, stają się szersze i tworzą rozróżnialne widma. Oglądane przez najszerszą szczelinę paski są bardzo wąskie i położone blisko siebie.
Uczniowie szkicują obrazek, który zobaczyli w swoich zeszytach.
Praca doświadczalna nr 5.
„Obserwacja dyfrakcji światła na tkaninie nylonowej”.
Sprzęt: lampa z żarnikiem prostym, tkanina nylonowa o wymiarach 100x100mm (rys. 10)
Patrzymy przez nylonową tkaninę na żarnik płonącej lampy.
Obserwujemy „krzyż dyfrakcyjny” (obraz w postaci dwóch pasków dyfrakcyjnych skrzyżowanych pod kątem prostym).
Uczniowie szkicują w zeszycie widziany obraz (krzyż dyfrakcyjny).
Wyjaśnienie: W środku skorupy widoczne jest maksimum dyfrakcji bieli. Przy k=0 różnica ścieżek fal wynosi zero, więc centralne maksimum jest białe.
Krzyż powstaje, ponieważ nitkami tkaniny są dwie siatki dyfrakcyjne złożone razem z wzajemnie prostopadłymi szczelinami. Pojawienie się kolorów widmowych tłumaczy się faktem, że światło białe składa się z fal o różnej długości. Maksimum dyfrakcyjne światła dla różnych długości fali uzyskuje się w różnych miejscach.
Praca doświadczalna nr 6.
„Obserwacja dyfrakcji światła na płycie gramofonowej i dysku laserowym.”
Sprzęt: lampa z żarnikiem prostym, płyta gramofonowa (patrz rysunek 11)
Płyta gramofonowa jest dobrą siatką dyfrakcyjną.
Ustawiamy płytę tak, aby rowki były równoległe do żarnika lampy i obserwujemy dyfrakcję w świetle odbitym.
Obserwujemy jasne widma dyfrakcyjne kilku rzędów.
Wyjaśnienie: Jasność widm dyfrakcyjnych zależy od częstotliwości rowków naniesionych na płytę i od kąta padania promieni. (patrz rysunek 12)
Prawie równoległe promienie padające z żarnika lampy odbijają się od sąsiednich wypukłości pomiędzy rowkami w punktach A i B. Promienie odbite pod kątem równym kątowi padania tworzą obraz żarnika lampy w postaci białej linii. Promienie odbite pod innymi kątami mają pewną różnicę dróg, w wyniku czego następuje dodanie fal.
W podobny sposób zaobserwujemy dyfrakcję na dysku lasera. (patrz rysunek 13)
Powierzchnia płyty kompaktowej to spiralna ścieżka o skoku proporcjonalnym do długości fali światła widzialnego.Na powierzchni o drobnej strukturze pojawiają się zjawiska dyfrakcji i interferencji. Blask płyt CD ma kolor tęczy.
Dyfrakcja fali wodnej
Metody badawcze w nauce to system technik i procedur działań mających na celu wykonanie określonego zadania badawczego. Każda nauka, obok ogólnych metod naukowych, posługuje się specyficznymi metodami badawczymi. Aby osiągnąć cel w konkretnym badaniu stosuje się system metod, których właściwy dobór optymalizuje badanie i zwiększa jego efektywność. Teoretyczne metody badań psychologicznych i pedagogicznych pośrednio i bezpośrednio przechodzą do analizy rzeczywistych procesów edukacyjnych (ich przyczyn, źródeł rozwoju, systemów warunków zapewniających ich efektywne funkcjonowanie). Metody empiryczne mają na celu zdiagnozowanie i zmianę stanu badanego obiektu. Metody analizy ilościowej i jakościowej pozwalają usystematyzować informacje uzyskane metodami empirycznymi i wyciągnąć wstępne wnioski na temat występowania związków przyczynowo-skutkowych pomiędzy zjawiskami. W obszarze wiedzy humanitarnej, do której zalicza się pedagogika, coraz powszechniejsze stają się jakościowe metody badawcze, które poprzedzają wybór i zastosowanie metod matematycznych i statystycznych. Pomagają uniknąć jednostronności w zdobywaniu wiedzy naukowej, niwelując indywidualność uczniów, a także zapewniają całościowe postrzeganie ich różnic jako obiektywnego faktu i normy. Zachowanie równowagi pomiędzy ilością i jakością w konkretnym badaniu pozwala na osiągnięcie prawdziwej naukowości. W analizie jakościowej osoba jest przedmiotem zainteresowania badacza nie tylko jako przedmiot badań i źródło informacji, ale także jako szczególny świat obrazów i doświadczeń. V.V. Kraevsky podkreśla niektóre z najbardziej cechy charakterystyczne jakościowych metod badawczych: - narzędzia pomiarowe są opracowywane i testowane w trakcie samej pracy naukowej, często są specyficzne i odzwierciedlają indywidualne podejście badawcze; - procedury badawcze rzadko są powielane na poziomie jakościowym; - analizę przeprowadza się poprzez podsumowanie pomysłów z zebranych danych empirycznych; porządkowanie danych ma na celu uzyskanie całościowego obrazu. Nauki psychologiczno-pedagogiczne mają na celu identyfikację wzorców procesu edukacyjnego jako obiektywnych podstaw działalności pedagogicznej. Wybór metod do konkretnego badania jest zadaniem badacza, metody rozwiązywania omówiono poniżej. Wykłady.. 2.5. Prawidłowości jako przedmiot badań naukowych. Każda nauka bada pewną klasę wzorców, które obiektywnie istnieją w wybranym obszarze rzeczywistości. Znajomość wzorców pozwala modelować procesy zachodzące w danym obszarze, przewidywać je i projektować efektywne (produktywne) działania. Jednocześnie pod prawidłowości Rozumie się stale powtarzające się związki przyczynowo-skutkowe pomiędzy zjawiskami. Wielu nauczycieli uważa się za „ekspertów” w dziedzinie psychologii : w końcu komunikują się, rozwiązują problemy edukacyjne, „rozumieją się” itp. W rzeczywistości mówimy o o tzw „psychologia codzienności”który ma wszelkie prawo istnieć. Wielu zawodowych psychologów opiera się na doświadczeniach psychologii codziennej, także własnej doświadczenie życiowe. Ale w badaniach psychologicznych i pedagogicznych nadal konieczne jest rozróżnienie psychologia naukowa i psychologia życia codziennego. Podkreśla Yu. B. Gippenreiter następujące różnice . 1. Wiedza codzienna jest specyficzna, związana z konkretnymi sytuacjami życiowymi, a psychologia naukowa dąży do wiedzy uogólnionej, opiera się na identyfikacji ogólnych wzorców życia i zachowań człowieka. 2. Codzienna wiedza ma bardziej intuicyjny charakter i jest bardziej intuicyjna nauka psychologiczna szukać racjonalnego wyjaśnienia zjawiska psychiczne, tj. do lepszego ich zrozumienia, a nawet przewidywania. 3. ^ Codzienna wiedza przekazywana jest w bardzo ograniczony sposób (pocztą pantoflową, listami itp.) oraz wiedza naukowa przesyłane przez - specjalny system rejestrowania zgromadzonego doświadczenia danej osoby(poprzez książki, wykłady, zgromadzone w szkołach naukowych itp.). 4. B W psychologii codziennej wiedzę zdobywa się poprzez obserwację, rozumowanie lub bezpośrednie doświadczenie danej osoby w określonych zdarzeniach. W psychologia naukowa, nową wiedzę zdobywa się w drodze specjalnych badań i eksperymentów, a także w specjalne formularze naukowe myślenie i wyobraźnia („eksperyment wyobrażeniowy”). 5. ^ Psychologia naukowa dysponuje obszernym, różnorodnym i unikalnym materiałem faktograficznym, niedostępnym dla żadnego przedstawiciela psychologii codziennej. Szczególną cechą wiedzy naukowej jest jej systematyczność i uporządkowanie, które pozwalają każdemu zawodowemu psychologowi poruszać się po różnorodności tej wiedzy. ^ Ale jednocześnie nie można powiedzieć, że psychologia naukowa jest z konieczności „lepsza” niż psychologia codzienna, ponieważ w rzeczywistości uzupełniają się.” W psychologii poszukiwanie ogólnych wzorców wyróżnia się ogólnością uzyskanych informacji naukowych. Cechy psychologiczne jednostki są cenne jako fakt dla uogólnionych wniosków na temat wzorców psychologii rozwojowej, psychologii edukacyjnej, psychologii osobowości i różnic indywidualnych oraz psychologii społecznej. W działaniach edukacyjnych często identyfikuje się następujące ogólne wzorce psychologiczne: - nauka prowadzi do rozwoju;- rozwój wiąże się z formacją naturalny I wyższe funkcje umysłowe (logiczne zapamiętywanie, celowe myślenie, twórcza wyobraźnia, arbitralność procesów umysłowych); - poszerzenie obszaru aktualnego stanu wiedzy i umiejętności dziecka udzielane jest przez kompetentną osobę dorosłą (nauczyciela i rodzica). strefa najbliższego rozwoju;- uwzględnienie związanych z wiekiem cech psychologicznych uczniów odbywa się poprzez zrozumienie stanu przez nauczyciela Sytuacja społeczna rozwój dziecka, możliwości stawania się działalność wiodąca, nowotwory psychiczne związane z wiekiem; - działalność edukacyjna kształtuje się na podstawie kompletności rozwoju działalności wiodącej na poprzednim etapie wiekowym(aktywność gier), a jej efektywny rozwój stanowi podstawę rozwoju kolejnej (działalność komunikacyjna); - podstawa efektywności mistrzostwa ucznia Działania edukacyjne- Ten zadanie edukacyjne, który jest rozwiązany przez stopniowe kształtowanie działań umysłowych; - wydajny interakcja w działalności komunikacji między nauczycielem a uczniem zakłada potrzebę budowania odpowiednich relacji, które determinują możliwości wzajemnego oddziaływania i wzajemnego zrozumienia. W pedagogice zidentyfikowano i sformułowano szereg wspólnych, regularnych połączeń, istniejąca w działalności pedagogicznej. V.V. Kraevsky identyfikuje następujące z nich: - opanowanie przez młodsze pokolenia doświadczenia społecznego starszych pokoleń (odwołują się do niego, gdy tylko o to chodzi nauka pedagogiczna i jego przedmiot); - społeczna istota edukacji, uwarunkowanie wszystkich jej elementów przez stan społeczno-ekonomiczny społeczeństwa; - interakcja nauczyciela i ucznia, wychowawcy i ucznia w procesie edukacyjnym, bez której sam proces nie może istnieć; - jedność treści i proceduralnych aspektów uczenia się. W pedagogice wzorce działają tak nieuchronnie, jak w naturze. I mają ten sam obiektywny charakter, tj. nie zależą od woli konkretnych osób. Jednak, podobnie jak prawa natury, prawa pedagogiczne nie są fatalne: uwzględnienie ich nie oznacza poddania się. Przypomnijmy sobie na przykład nieuchronność prawa powszechnego ciążenia. Możesz go nie znać i nim gardzić, ale jeśli się potkniesz, upadniesz. Jednak to na podstawie zrozumienia tego prawa opracowano samoloty. Zrozumienie praw hydro- i aerodynamiki pozwoliło żeglarzom żeglować żaglówką pod wiatr, na halsach. Również zrozumienie wzorców pedagogicznych pozwala zoptymalizować działania nauczycieli, wychowawców i dyrektorów szkół. Często można usłyszeć, że „życie wychowuje, stawia wszystko na swoim miejscu; a jeśli edukacja zaprzecza otaczającemu życiu, jest nieskuteczna – życie zawsze zwycięża.” Wiadomo jednak, że np. w tej samej rodzinie (czyli w tych samych okolicznościach, „w tym samym życiu”) dorastają zupełnie inne dzieci. Asymilacja doświadczenia nie dokonuje się biernie, poprzez poddanie się tradycji, lecz dokonuje się w rozumieniu tego doświadczenia, w kształtowaniu własnej postawy wobec niego, w interakcji dorosły – dziecko, nauczyciel – uczeń. Jeśli pomożesz uczniowi rozwinąć konstruktywną postawę, możesz pomóc mu odnieść sukces nawet w nieprzyjaznym środowisku.
MINISTERSTWO EDUKACJI I KULTURY
REGION TULA
publiczna placówka oświatowa szkoły średniej kształcenie zawodowe Region Tuły
„Kolegium Politechniczne w Lipkowie”
Do lekcja otwarta„Obserwacja interferencji i dyfrakcji światła” (prace laboratoryjne)
Lipki, 2012
Przygotowane przez nauczyciela
Vorobyova E.A. NOTATKA WYJAŚNIAJĄCA
Prace laboratoryjne wykonywane są przy użyciu program komputerowy„Wirtualne prace laboratoryjne z fizyki, klasa 11” (Elektroniczna publikacja edukacyjna wydawnictwa Bustard Publishing).
Za pomocą programu wyniki eksperymentów wyświetlane są na ekranach komputerów. Jest to jedno z zajęć laboratoryjnych, podczas którego doskonalona jest zdolność uczniów do obserwacji i analizowania tego, co widzą. Podczas pracy laboratoryjnej realizowane są następujące cele:
Edukacyjny:
Podsumować wiedzę na temat „Interferencja i dyfrakcja światła”;
Stosować wiedza teoretyczna wyjaśnić zjawiska naturalne.
Edukacyjny:
Przyczyniać się do kształtowania zainteresowań fizyką i procesem wiedzy naukowej;
Pomoc w poszerzaniu horyzontów uczniów i rozwijaniu umiejętności wyciągania wniosków na podstawie wyników eksperymentu.
Sprawozdanie z tej pracy opiera się na zasadzie „Zaobserwowaliśmy to…”. Wyniki obserwacji studenci zapisują w protokole z pracy laboratoryjnej, który podany jest w zaleceniach metodycznych wykonywania pracy laboratoryjnej dla studentów specjalności 140118 i 190631. Na zakończenie pracy laboratoryjnej znajdują się pytania testowe, na które należy odpowiedzieć w celu zaliczenia Praca laboratoryjna. Kontrolę wiedzy można przeprowadzić za pomocą testów komputerowych lub ustnej odpowiedzi ucznia. Po pomyślnym zaliczeniu prac laboratoryjnych wystawiana jest ocena „dostateczna”.
Podczas zajęć:
Część 1. Aktualizacja wiedzy na temat „Interferencja światła” (powtórzenie badanego materiału)
Nauczyciel:
- Jakie zjawisko nazywa się interferencją światła?
- Jakie fale charakteryzują się zjawiskiem interferencji?
- Zdefiniuj fale spójne.
Studenci: Odpowiedz na pytania:
Sugerowane odpowiedzi:
- Zakłócenia są zjawiskiem charakterystycznym dla fal wszelkiego rodzaju: mechanicznych i elektromagnetycznych. Interferencja to zjawisko występujące, gdy dwie (lub kilka) fal świetlnych tego samego okresu nakładają się na siebie w jednorodnym ośrodku izotropowym, co powoduje redystrybucję energii fal w przestrzeni (1, s. 344). Powstała fala ulega wzmocnieniu lub osłabieniu .
- Warunkiem koniecznym interferencji fal jest ich spójność. (1, s. 345)
- Fale o tej samej częstotliwości i stałej różnicy faz w czasie nazywane są spójnymi (1, s. 345).
Nauczyciel:
Studenci: uwzględnić teoretyczne uzasadnienie części 1 (Załącznik) w zaleceniach metodologicznych
Nauczyciel: wyświetla obraz części 1 akapitu 3. (Dodatek)
Studenci: wykonaj punkt 4 zalecenia metodologiczne. Wyjaśnienia ustne: obserwujemy ciemne i jasne poziome paski, których szerokość zmienia się wraz ze zmianą grubości folii.
Nauczyciel: zmienia obraz na ekranie
Studenci wykonaj krok 5. Oczekiwana odpowiedź Obserwujemy zabarwienie jasnych pasków w kolorach widmowych. Góra - niebieska (fioletowa), dół - czerwona. Zabarwienie to tłumaczy się zależnością położenia pasków świetlnych od długości fali padającego światła. Ponieważ białe światło jest złożone, składa się z siedmiu kolorów.
Nauczyciel
Studenci wykonaj krok 6. Sugerowana odpowiedź: Obserwujemy powstawanie pierścieni interferencyjnych zabarwionych na kolory spektralne w jego górnej i dolnej części. Górna krawędź każdego pierścienia świetlnego jest niebieska (fioletowa), dolna krawędź jest czerwona. W miarę zmniejszania się grubości warstwy pierścienie rozszerzają się i przesuwają w dół pod wpływem siły ciężkości.
Nauczyciel zmienia obraz na ekranie.
Studenci wykonaj krok 7. Sugerowana odpowiedź: W niektórych miejscach obserwujemy jasne tęczowe pierścienie lub zamknięte nieregularne paski. Ze względu na nieidealny kształt stykających się powierzchni pomiędzy płytami tworzą się cienkie warstwy powietrza.
Nauczyciel zmienia obraz na ekranie.
Studenci wykonaj krok 8. Sugerowana odpowiedź: Kiedy zmienia się siła ściskająca płyty, zmienia się położenie i kształt pasków. Kolorystyka tęczy staje się mniej zauważalna w miarę zmniejszania się grubości warstwy powietrza.
Nauczyciel zmienia obraz na ekranie.
Studenci wykonaj pkt. 9. Sugerowana odpowiedź: Szczególnie widoczna jest interferencja odbitych promieni świetlnych. Widzimy jasne spektrum promieni świetlnych od fioletu do czerwieni. Jasność zależy od częstotliwości zastosowanych rowków.
Część 2. Aktualizacja wiedzy na temat „Dyfrakcja światła” (powtórzenie przestudiowanego materiału)
Nauczyciel: Przed wykonaniem zadań eksperymentalnych przejrzyjmy główny materiał:
- Jakie zjawisko nazywa się dyfrakcją światła?
- Warunki manifestacji dyfrakcji.
Studenci: Odpowiedz na pytania:
Sugerowane odpowiedzi:
- Dyfrakcja to zjawisko odchylenia fali od propagacji prostoliniowej podczas przechodzenia przez małe otwory i zaginania przez falę małych przeszkód (1, s. 350).
- Warunek wystąpienia dyfrakcji: wielkość przeszkody jest mniejsza lub równa długości fali. Wymiary przeszkód (otworów) muszą być mniejsze lub porównywalne z długością fali. (1, s. 351)
Nauczyciel: Przejdźmy do części praktycznej.
Studenci: zapoznaj się z teoretycznym uzasadnieniem części 2 w zaleceniach metodologicznych (załącznik)
Nauczyciel: wyświetla obrazy dla części 2 akapitu 1. (Dodatek)
Studenci: stosować się do ust. 1 części 2 wytycznych. Wyjaśnienia ustne: Po obu stronach nitki, równolegle do niej, widoczne są tęczowe paski. W miarę zmniejszania się szerokości szczeliny pasma oddalają się od siebie, stają się szersze i tworzą wyraźnie rozróżnialne widma. Ponieważ przeszkody w postaci szczeliny suwmiarki stają się porównywalne z długością fali światła widzialnego.
Nauczyciel zmienia obraz na ekranie.
Studenci wykonaj krok 2. Sugerowana odpowiedź: Przy płynnym obrocie suwmiarki wokół osi pionowej tęczowe paski oddalają się i stają szersze, tworząc wyraźnie widoczne widma.
Nauczyciel zmienia obraz na ekranie.
Studenci wykonaj krok 3. Oczekiwana odpowiedź: Obraz dyfrakcyjny uzyskuje się, gdy po bokach nici znajdują się jasne i ciemne paski, a pośrodku, w obszarze cienia geometrycznego, obserwuje się jasny pasek.
Nauczyciel zmienia obraz na ekranie.
Studenci wykonaj krok 4. Sugerowana odpowiedź: Maksimum dyfrakcji widoczne jest w środku krzyża białe światło, a każdy pasek zawiera kilka kolorów tęczy. Nici w przestrzeni przecinają się pod kątem prostym, dzięki czemu uzyskuje się dwuwymiarową siatkę.
Nauczyciel: Po przeanalizowaniu obserwacji należy wyciągnąć wnioski.
Studenci wyciągnąć wniosek. Sugerowana odpowiedź: W pracy laboratoryjnej zaobserwowano i wyjaśniono charakterystyczne cechy zjawisk interferencji i dyfrakcji światła.
Nauczyciel : Aby laboratorium zostało zaliczone, należy rozwiązać quizy na końcu laboratorium.
Literatura:
- (s. 344, 350)
- (s. 416, 420, 425)
Aplikacja
Praca laboratoryjna nr 11
Obserwacja interferencji i dyfrakcji światła
Cel pracy: badać charakterystyczne cechy interferencji i dyfrakcji światła.
Część I
Obserwując interferencję światła
Sprzęt: 1) zapałki, 2) lampka alkoholowa, 3) kawałek waty na drucie w probówce zwilżonej roztworem chlorku sodu, 4) druciany pierścień z rączką, 5) szklanka z roztworem mydła, 6) rurka szklana, 7) płytki szklane - 2 szt., 8) płyta CD.
Podłoże teoretyczne.
Sprzęt niezbędny do obserwacji interferencji światła na błonie mydlanej przedstawiono na rysunku 1. W celu obserwacji interferencji z promieniowaniem monochromatycznym do płomienia lampy alkoholowej wprowadza się kłębek waty zwilżonej roztworem chlorku sodu. W takim przypadku płomień zmienia kolor na żółty. Opuszczając druciany pierścień 4 do roztworu mydła 5, uzyskuje się film mydlany, umieszczany pionowo i oglądany na ciemnym tle oświetlonym żółtym światłem lampy alkoholowej. Obserwuje się powstawanie ciemnych i żółtych poziomych pasków (ryc. 2) oraz zmianę ich szerokości w miarę zmniejszania się grubości warstwy.
W tych miejscach filmu, w których różnica dróg spójnych promieni jest równa parzystej liczbie półfali, obserwuje się jasne paski, a przy nieparzystej liczbie półfali obserwuje się ciemne paski.
Po oświetleniu folii białym światłem (z okna lub lampy) paski świetlne stają się kolorowe: u góry niebieskie, u dołu czerwone. Za pomocą szklanej rurki 6 na powierzchnię roztworu mydła wydmuchuje się małą bańkę mydlaną. Przy oświetleniu światłem białym obserwuje się powstawanie kolorowych pierścieni interferencyjnych. W miarę zmniejszania się grubości warstwy pierścienie rozszerzają się i przesuwają w dół.
Zakłócenia obserwuje się także, biorąc pod uwagę powierzchnię styku dwóch dociśniętych do siebie płytek szklanych 7.
Ze względu na nieidealny kształt stykających się powierzchni, pomiędzy płytami tworzą się cienkie warstwy powietrza, dając jasne, opalizujące paski w kształcie pierścienia lub zamknięte, o nieregularnym kształcie.
Kiedy zmienia się siła ściskająca płytki, położenie i kształt pasków zmieniają się zarówno w świetle odbitym, jak i przechodzącym.
Zjawisko interferencji odbitych promieni świetlnych jest szczególnie wyraźnie widoczne podczas badania powierzchni płyty CD.
część druga
Obserwacja dyfrakcji światła
Sprzęt : 1) zaciski, 2) lampa z prostym żarnikiem, 3) tekturowa ramka z wycięciem, w którym naciągnięty jest drut o średnicy 0,1-0,3 mm, 4) czarna tkanina nylonowa.
Podłoże teoretyczne
Dyfrakcja światła objawia się naruszeniem prostoliniowości rozchodzenia się promieni świetlnych, zaginaniem światła wokół przeszkód i przenikaniem światła w obszar cienia geometrycznego. Przestrzenny rozkład natężenia światła za niejednorodnością ośrodka charakteryzuje wzór dyfrakcyjny.
Ze względu na niejednorodność ośrodka w pracy wykorzystuje się szczelinę między szczękami suwmiarki. Przez tę szczelinę patrzą na pionowy żarnik płonącej lampy. Jednocześnie tęczowe paski są widoczne po obu stronach nici, równolegle do niej. W miarę zmniejszania się szerokości szczeliny pasma oddalają się od siebie, stają się szersze i tworzą wyraźnie rozróżnialne widma. Efekt ten jest szczególnie dobrze widoczny, gdy zacisk jest płynnie obracany wokół osi pionowej.
Na cienkiej nici obserwuje się inny wzór dyfrakcyjny. Ramkę z żarnikiem umieszcza się na tle płonącej lampy równolegle do żarnika (Rysunek).Po zdjęciu oprawki i przybliżeniu jej do oka uzyskuje się obraz dyfrakcyjny, w którym jasne i ciemne paski znajdują się po bokach żarnika, a pośrodku, w obszarze jego geometrycznego cienia, obserwuje się jasny pasek (rysunek ).
Na tkaninie nylonowej można zaobserwować wzór dyfrakcyjny. W tkaninie nylonowej istnieją dwa różne, wzajemnie prostopadłe kierunki. Obracając tkaninę wokół jej osi, patrzą przez tkaninę na żarnik płonącej lampy, uzyskując wyraźny wzór dyfrakcyjny w postaci dwóch pasków dyfrakcyjnych skrzyżowanych pod kątem prostym (krzyż dyfrakcyjny). W środku krzyża widoczne jest maksimum dyfrakcyjne koloru białego, a w każdym pasku jest kilka kolorów.
Porządek pracy
Część I
1. Zapal lampkę alkoholową.
2. Do płomienia włóż kłębek waty zwilżonej roztworem chlorku sodu.
3. Zanurz druciany pierścień w roztworze mydła, aby utworzyć film mydlany.
4. Naszkicuj wzór interferencyjny uzyskany na kliszy oświetlonej żółtym światłem lampy alkoholowej.
5. Wyjaśnij kolejność naprzemiennych kolorów we wzorze interferencyjnym przy oświetleniu kliszy światłem białym.
6. Za pomocą szklanej rurki wydmuchaj małą bańkę mydlaną na powierzchnię roztworu mydła. Wyjaśnij przyczynę ruchu pierścieni interferencyjnych w dół.
___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
7. Opisz wzór interferencyjny zaobserwowany na dwóch sprasowanych płytkach szklanych.
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
8. Jak zmienia się obserwowany wzór w miarę wzrostu siły dociskającej płyty do siebie?
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
9. Opisz wzór zakłóceń przy podświetleniu płyty CD.
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
część druga
1. Narysuj dwa wzory dyfrakcyjne obserwowane podczas oglądania żarnika płonącej lampy przez szczelinę suwmiarki (o szerokości szczeliny 0,05 i 0,8 mm).
a = 0,05 mm a = 0,8 mm
2. Opisać zmianę charakteru obrazu interferencyjnego przy płynnym obrocie suwmiarki wokół osi pionowej (a = 0,8 mm).
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
3. Ustaw ramkę z żarnikiem na tle płonącej lampy równolegle do żarnika (patrz rys. 3). Przesuwając oprawkę względem oka, zadbaj o to, aby pośrodku, w obszarze geometrycznego cienia nitki pojawił się jasny pasek. Naszkicuj wzór dyfrakcyjny obserwowany za cienkim włóknem.
4. Spójrz przez czarną nylonową tkaninę na żarnik płonącej lampy. Obracając tkaninę wokół jej osi, uzyskujemy wyraźny obraz dyfrakcyjny w postaci dwóch pasków dyfrakcyjnych skrzyżowanych pod kątem prostym. Narysuj zaobserwowany krzyż dyfrakcyjny i opisz go.
Wniosek :
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Pytania kontrolne:
- Co nazywa się interferencją światła?
- Jakie fale nazywane są spójnymi?
- Sformułuj warunek maksymalnej i minimalnej interferencji.
- Co to jest dyfrakcja światła?
Literatura:
- Dmitrieva V.F. Fizyka dla zawodów specjalności technicznych: podręcznik dla placówek oświatowych średniego kształcenia zawodowego – M.: Centrum Wydawnicze „Akademia”, 2010. – 448 s.(s. 344, 350)
- Pinsky A.A., Granovsky G.Yu. Fizyka: Podręcznik / Ogólne. wyd. Yu.I. Dika, NS Puryszewa. – wyd. 2, wyd. – M.: FORUM: INFRA-M, 2005. – 560 s.: il. - (Profesjonalna edukacja)(s. 416, 420, 425)