Dlaczego występuje ingerencja w roztwór mydła? Obserwacja interferencji i dyfrakcji światła

06.04.2019

Obserwacja selektywna: koncepcja, rodzaje, błędy próbkowania, ocena wyników. Przykłady rozwiązywania problemów

D) kompletność objęcia chorych dzieci obserwacją przychodni

Dynamiczna obserwacja i kontrola, zapobieganie nawrotom palenia

Dyfrakcja światła. Dyfrakcja Fraunhofera na siatce dyfrakcyjnej.

1. Cel pracy: nauka cechy interferencja i dyfrakcja światła.

2. Literatura:

2.1. Kasjanow V.A. Fizyka. Klasa 11: podręcznik do kształcenia ogólnego instytucje edukacyjne. - M., 2003. Paragrafy 44, 45, 47.

2.2. Streszczenie wykładów na temat „Fizyka”.

3. Przygotowanie do pracy:

3.1. Odpowiedz na pytania testowe, aby uzyskać pozwolenie na pracę:

3.1.1. Jakie zjawisko nazywa się interferencją?

3.1.2. Jakie fale nazywane są spójnymi? Wymień metody otrzymywania źródeł fal spójnych.

3.1.3. Jakie zjawisko nazywa się dyfrakcją?

3.1.4. Na czym polega zasada Huygensa-Fresnela?

3.2. Przygotuj formularz raportu zgodnie z paragrafem 6.

4. Lista niezbędny sprzęt:

4.2. Wydanie elektroniczne„Prace laboratoryjne w klasach fizyki 10-11”: Drop, 2005. Praca laboratoryjna nr 12.

5. Kolejność wykonywania pracy:

Włącz komputer. Ustaw pracę laboratoryjną nr 12. Rozważ sprzęt do eksperymentu (ryc. 1).

5.2. Zapal lampę spirytusową (2) Doprowadź do płomienia kawałek waty (3) zwilżony roztworem chlorku sodu.

5.3. Zanurz pierścień druciany w roztworze mydła, aby utworzyć warstwę mydła.

5.4. Naszkicuj wzór interferencyjny uzyskany na kliszy oświetlonej żółtym światłem lampy spirytusowej (ryc. 2). Wyjaśnij sekwencję kolory we wzorze interferencyjnym, gdy klisza jest oświetlona białym światłem.

5.5. Za pomocą szklanej rurki wydmuchaj małą bańkę mydlaną na powierzchnię roztworu mydła. Wyjaśnij przyczynę ruchu pierścieni interferencyjnych w dół.

5.6. Opisz wzór interferencyjny zaobserwowany na dwóch sprasowanych płytkach szklanych. Jak zmienia się obserwowany wzór w miarę wzrostu siły dociskającej płyty do siebie?

5.7. Opisz wzór zakłóceń, gdy płyta CD jest podświetlona. Narysuj dwa wzory dyfrakcyjne zaobserwowane podczas badania żarnika płonącej lampy przez szczelinę suwmiarki (o szerokości szczeliny 0,05 i 0,8 mm). Opisać zmianę charakteru obrazu interferencyjnego przy płynnym obrocie suwmiarki wokół osi pionowej przy szerokości szczeliny 0,8 mm. Umieść ramkę z nitką na tle płonącej lampy równolegle do żarnika (ryc. 3). Przesuwając oprawkę względem oka należy zwrócić uwagę, aby pośrodku, w obszarze geometrycznego cienia nitki, widoczny był jasny pasek. Naszkicuj wzór dyfrakcyjny zaobserwowany dla cienkiego włókna.

5.8. Spójrz przez czarną nylonową tkaninę na żarnik płonącej lampy. Obracając tkaninę wokół osi, uzyskujemy wyraźny obraz dyfrakcyjny w postaci dwóch pasm dyfrakcyjnych skrzyżowanych pod kątem prostym. Naszkicuj obserwowany krzyż dyfrakcyjny, opisz go.

6.1. Numer i tytuł pracy.

6.2. Cel pracy.

6.3. Rysunek obrazu interferencyjnego (rys. 2) i jego wyjaśnienie.

6.4. Wyjaśnienie wzoru interferencyjnego na powierzchni bańki mydlanej.

6,5. Rysunek wzoru interferencyjnego zaobserwowanego na dwóch sprasowanych płytkach szklanych. Wyjaśnienie jego zmiany podczas ściskania płyt.

6.6. Opis wzoru interferencyjnego podczas oświetlania płyty CD.

6.7. Rysunek dwóch wzorów dyfrakcyjnych na szczelinie 0,05 i 0,8 mm. Opisz jego zmianę przy płynnym obrocie szczeliny wokół osi pionowej.

6.8. Rysowanie wzoru dyfrakcyjnego na cienkiej nici.

6.9. Rysunek wzoru dyfrakcyjnego na nitce kapronowej. krzyż dyfrakcyjny.

Praca laboratoryjna numer 13.

16. Dyfrakcja światła. Zasada Huygensa-Fresnela. Dyfrakcja Fresnela i Fraunhofera. Siatka dyfrakcyjna. Dyfrakcja rentgenowska.

Dyfrakcja fal świetlnych polega na zaokrąglaniu przeszkód przez fale, przeszkód o różnych kształtach i wejściu fal w obszar cienia. Efekt dyfrakcji fali jest wyraźny, gdy

okazują się, że rozmiary przeszkód przekraczają długość fali

proporcjonalne do długości fali, jednakże występuje zjawisko dyfrakcji światła

obserwowane z dużych obiektów, ale w tym przypadku jest to konieczne

usuń ekran nadzoru na dużą odległość.

W warunkach laboratoryjnych dyfrakcję przeprowadza się na przestrzeni rzędu 1m,

i wyraźny efekt stwierdza się, gdy wielkość barier d = 1 mm lub mniej.

Zjawisko dyfrakcji światła można przedstawić jakościowo w oparciu o zasadę Huygensa (cc 17c)

Zasada Huygensa Miejmy źródło światła. Każdy punkt czoła fali jest

elementarne 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.

Zasada Huygensa nie pozwala jednak określić natężenia światła docierającego od bariery ten kierunek dlatego rozwiązanie problemu dyfrakcji światła ma charakter wyłącznie jakościowy. Fresnel uzupełnił zasadę Huygensa zasadą interferencji światła.

Na podstawie tego wyrażamy natężenie oświetlenia w danym punkcie ekranu obserwacyjnego Zasada G-F dla frontu fali swobodnej.

Zapiszmy amplitudę elementarnego wpływu na TO:
(1)

- amplituda oscylacji wychodzących z powierzchni czoła fali o powierzchni 1m 2

- amplituda oscylacji pochodząca z elementarnego odcinka czoła fali o powierzchni

Zapiszmy samą oscylację:

(1a)

Aby określić wielkość oddziaływania całego czoła fali w danym punkcie należy uwzględnić interferencję fal wtórnych według Fresnela, innymi słowy konieczne jest całkowanie ostatniego f-lu po całym powierzchnia
(2)

Obliczenia według wzoru (2) są zwykle trudnym zadaniem. Fresnel opracował w przyszłości metodę, którą nazwano metodą stref Fresnela, co sprawia, że jest ona stosunkowo łatwa do wyznaczenia w wielu zagadnieniach. oświetlenie bez uciekania się do złożonej integracji.Istota metody polega na tym, że powierzchnia czoła fali nie jest podzielona na nieskończenie małe

D dyfrakcja w zbiegających się promieniach (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 otworem. Skorzystajmy z metody stref Fresnela.

Stosujemy zasadę 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 podstawie prawa załamania światła

Zagadnienia dyfrakcji w promieniach //-x

Zadanie polega na obliczeniu rozkładu oświetlenia

wzór dyfrakcyjny w płaszczyźnie ekranu E (w ognisku

płaszczyzna soczewki L). Zgodnie z zasadą G-F

paski elementarne dX od X=0 do X=b dochodzące do

arbitralne T.O. Interf. prez. podsumowanie

wszystkich takich elementarnych wpływów, biorąc pod uwagę stosunki fazowe. Obliczając, zrobimy to

wziąć pod uwagę różnicę faz przychodzących oscylacji

V t.O jest określone przez różnicę dróg oscylacji różnych elementów, a różnica dróg jest łatwa

wyraża się w postaci kąta dyfrakcji ψ. Z płaszczyzny AC prostopadłej do belki

promienie odbite, promienie od różne miejsca aby przejść inną ścieżkę geometryczną,

ale ta sama ścieżka optyczna. To. różnica ścieżek jest określana przez różnicę odległości od

płaszczyzna szczeliny do płaszczyzny AC.

- amplitudę drgań pochodzących z całej szerokości szczeliny,

- amplituda oscylacji, szczelina wychodząca, szerokość jednostki.

- amplituda oscylacji wynikająca z nieskończenie małej szerokości szczeliny (dx)

-oscylacja elementarna dochodząca do TO z elementu dx

. (7)

Natężenie wiązki światła i oświetlenie w TO lub energia doprowadzona do tego punktu jest proporcjonalna do kwadratu amplitudy:

(8)
(8a),

Przedstawmy graficznie rozkłady (8) i (8a):

Jak wynika z obliczenia rozkładu 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 utworzyć minimum

konieczne jest, aby licznik we wzorach (7) i (8) zwrócił się do zera, pod warunkiem, że mianownik nie jest równy zero.

Jeśli:
-minimum światła zerowego, to licznik jest równy zero, natomiast mianownik nie jest równy 0,
(9)- minimumk=1, 2, 3,…

Jeśli:
-wzloty wtórne, wówczas licznik (8) jest równy 1
(10) -wysokie drugorzędnesk=1, 2, 3,… W wzlotach drugorzędnych

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:

- wolna powierzchnia dyspersji,
- granica rozdzielczości widmowej, R - zdolność rozdzielcza widma,
- jasność urządzenia,
-

dyspersja kątowa.

Teoria różnic. kraty będą rozpatrywane metodą indukcji. W rozumowaniu zwiększymy liczbę szczelin siatki i zaobserwujemy wpływ takiego wzrostu na rozkład oświetlenia. Oprócz przezroczystych siatek osadzonych na płytach szklanych lub topionych kwarcach, szeroko stosowane są siatki odblaskowe, których pociągnięcia nanoszone są na metalową powierzchnię. lustro, płaskie lub wypukłe. Wybrzuszenie. siatki odblaskowe stosuje się bez użycia soczewek szklanych lub kwarcowych. umożliwia to prowadzenie badań widma w odległym obszarze widma UV, dla którego nawet powietrze jest ośrodkiem silnie absorbującym.

Różnica w przypadku Rassa z 2 identycznych gniazd.

Niech: b – szerokość każdej szczeliny, c – odległość między szczelinami.m

∆φ sąsiad \u003d 0 a res \u003d 2a 0; Ja=4Ja 0

w. 1: ∆φ sąsiad =π a res =0; ja=0;

v.2: φ sąsiad \u003d 2π a res \u003d 2a 2; Ja=4Ja 2 ;

v.3.∆φ sąsiad =3π a res =0; ja=0;

w. 4: ∆φ sąsiad \u003d 4π a res \u003d 2a 4 I \u003d 4I 4;

podobnie jest rozpatrywane w przypadku wzrostu liczby szczelin: 1) wraz ze wzrostem liczby szczelin w siatce główne maksima zawężają się. Szerokość głównego maksimum okazuje się proporcjonalna do 1/N, N to liczba szczelin. 2) Intensywność rozdziałów. maksima rosną proporcjonalnie do N 2 .3) Maksima i minima wtórne pojawiają się pomiędzy sąsiednimi maksimami głównymi, liczbą sekund. max=N-2 i N-1 – minimum. W praktyce stosuje się siatki, w których liczba szczelin wynosi 10 000 lub nawet 100 000, zatem rzeczywista siatka optyczna tworzy układ o bardzo wąskich szerokościach proporcjonalnych do 1/N i bardzo silnym maksimum głównym, natomiast maksima wtórne tworzą jedynie słabe tło. maksimum główne prawdziwej sieci:

(12)-konw. rozdziały max z rusztu

(13) Wśród mn-va min z sieci szczególnie interesujące jest pierwsze minimum sąsiadujące z siecią główną. podane maksimum.

(16) gdziek=0,1,2,...; m=1,2,…N-1.F-la(16) daje konw. minima z sieci. Rozważając

(17)-konw. min-in z rusztu

Podstawy. święta różnica kraty komp. w redystrybucji pierwotnej promienieć w niektórych wybrano sto konkretnych kierunków ud-x conv. 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

- przesunięcie półfazowe z sąsiednich wiązek

(18), gdzie I 0 jest natężeniem pochodzącym z siatki pod kątem ψ=0

Pierwszy wzór trygonometryczny (18) uwzględnia efekt dyfrakcji na jednej szczelinie, drugi uwzględnia efekt interferencji wiązki N. W maksimach głównych 2. funkcja trygonometryczna w (18a) przyjmuje wartość maksymalną równą 1. W f-le (18b) 2. trygonometr. f-i w głównych maksimach przyjmuje wartość N 2 i m/y I 0 i I 01 ma stosunek:
, łatwo udowodnić, że max. Druga wartość wyzwalająca. 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 f-tą teorią sieci różniczkowej jest warunek głównych maksimów (14). Ważną zależnością teorii dyfrakcji sieci jest warunek minimów (17). Łatwo zauważyć, że podstawienie (14) w f-lu (18a) prowadzi do tego, że drugi trygon. współczynnik def. w niepewność (0/0). Jeśli, zdaniem L'Hospital, ujawni się ta niepewność, zobaczymy, że stosunek ten przyjmuje maksymalną wartość równą 1. Zatem. f-la (14) - stan max. nah-Xia w pełnej zgodności z rozkładem (18a). Podobnie podstawienie (17) minimów (zer) w (18a) prowadzi do tego, że licznik współczynnika trygonometrycznego znika, a mianownik okazuje się różny od zera, tj. relacja (17) odwraca drugi trygonometr. współczynnik do zera. F-la (17) jest w całości

zgodnie z (18a). Użycie różnic. grudzień - potężne urządzenie spektralne przeznaczone 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.

Ściętą część gąbek przykładamy blisko oka (ustawiając muszlę pionowo).

Przez tę szczelinę patrzymy na pionowo umieszczoną nić płonącej lampy.

Obserwujemy równoległe do niej opalizujące paski po obu stronach nici.

Szerokość szczeliny zmieniamy w zakresie 0,05 – 0,8 mm. Przechodząc do węższych szczelin, pasma oddalają się od siebie, stają się szersze i tworzą odrębne widma. Patrząc przez najszerszą szczelinę, prążki są bardzo wąskie i blisko siebie.

Uczniowie rysują w swoich zeszytach to, co widzą.

Praca doświadczalna nr 5.

„Obserwacja dyfrakcji światła na tkaninie kapronowej”.

Sprzęt: lampa z żarnikiem prostym, tkanina nylonowa o wymiarach 100x100mm (rys. 10)

Przez nylonową tkaninę patrzymy na nić płonącej lampy.

Obserwujemy „krzyż dyfrakcyjny” (wzór w postaci dwóch pasm dyfrakcyjnych skrzyżowanych pod kątem prostym).

Uczniowie rysują w zeszycie widziany obraz (krzyż dyfrakcyjny).

Wyjaśnienie: Maksimum dyfrakcji jest widoczne w środku skorupy biały kolor. Przy k=0 różnica dróg fali jest równa zeru, więc centralne maksimum jest białe.

Krzyż uzyskuje się dlatego, że 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 fal 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.

Oglądanie jasnego widma dyfrakcyjne kilka zamówień.

Wyjaśnienie: Jasność widm dyfrakcyjnych zależy od częstotliwości rowków naniesionych na płytę i od wielkości kąta padania promieni. (patrz rysunek 12)

Prawie równoległe promienie padające z żarnika lampy odbijają się od sąsiednich wybrzuszeń 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 fale się sumują.

W podobny sposób zaobserwujemy dyfrakcję na dysku lasera. (patrz rysunek 13)

Powierzchnia płyty CD jest torem spiralnym o skoku porównywalnym do długości fali światła widzialnego.Na drobnoziarnistej powierzchni pojawiają się zjawiska dyfrakcji i interferencji. Najważniejsze elementy płyt CD są opalizujące.

Dyfrakcja fal na wodzie

Metody badawcze w nauce - jest to system technik i procedur działań mających na celu realizację określonego zadania badawczego. W każdej nauce, obok ogólnych metod naukowych, stosuje się specyficzne metody badawcze. 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, systemu warunków zapewniających ich efektywne funkcjonowanie). metody empiryczne mające na celu diagnozę i zmianę stanu badanego obiektu. Metody analizy ilościowej i jakościowej pozwalają usystematyzować informacje uzyskane metodami empirycznymi i wyciągnąć wstępne wnioski na temat występowania związków przyczynowych między zjawiskami. W obszarze wiedzy humanitarnej, do której należy 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 danym 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 toku samej pracy naukowej, często są specyficzne, odzwierciedlają indywidualne podejście badawcze; - procedury badawcze na poziomie jakościowym rzadko się powielają; - analizę przeprowadza się poprzez podsumowanie pomysłów z zebranych danych empirycznych; organizacja danych ma na celu uzyskanie całościowego obrazu. Nauki psychologiczne i pedagogiczne mają na celu identyfikację wzorców procesu edukacyjnego jako obiektywnych podstaw działalności pedagogicznej. Wybór metod do konkretnego badania jest zadaniem badacza, a rozwiązania zostaną omówione poniżej. Wykłady.. 2.5. Prawidłowości jako przedmiot badań naukowych. Każda nauka bada pewną klasę prawidłowości, które obiektywnie istnieją w wybranym obszarze rzeczywistości. Znajomość prawidłowości pozwala modelować procesy zachodzące w danym obszarze, przewidywać je i projektować efektywne (produktywne) działania. Jednocześnie pod prawidłowości odnosi się do stale powtarzających się związków przyczynowych pomiędzy zjawiskami. Wielu pedagogów uważa się za „specjalistów” w dziedzinie psychologii. : w końcu komunikują się, rozwiązują problemy edukacyjne, „rozumieją się” itp. W rzeczywistości rozmawiamy o tzw „psychologia życia”który ma pełna racja do istnienia. 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 konkretna, związana z konkretnymi sytuacjami życiowymi, natomiast psychologia naukowa dąży do wiedzy uogólnionej, w oparciu o przydział ogólnych wzorców życia i zachowań ludzi. 2. Codzienna wiedza ma bardziej intuicyjny charakter i jest bardziej intuicyjna nauka psychologiczna szukając racjonalnego wyjaśnienia zjawiska psychiczne, tj. do lepszego zrozumienia, a nawet przewidywania. 3. ^ Codzienna wiedza przekazywana jest w bardzo ograniczony sposób (pocztą pantoflową, listami itp.) oraz wiedza naukowa przesyłane przez - specjalny system utrwalania doświadczenia zgromadzonego przez osobę(poprzez książki, wykłady, zgromadzone w szkołach naukowych itp.). 4. W W psychologii potocznej zdobywanie wiedzy odbywa się poprzez obserwację, rozumowanie lub poprzez bezpośrednie doświadczenie określonych zdarzeń przez osobę. W psychologia naukowa, nową wiedzę zdobywa się w specjalnych badaniach i eksperymentach, a także w specjalne formularze naukowe myślenie i wyobraźnia („wyimaginowany eksperyment”). 5. ^ Psychologia naukowa dysponuje ogromnym, różnorodnym i unikalnym materiałem faktograficznym, niedostępnym dla żadnego nosiciela psychologii codziennej.. Szczególną cechą wiedzy naukowej jest jej stałość i uporządkowanie, które pozwalają każdemu zawodowemu psychologowi poruszać się w całej 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 uogólnianiem otrzymanych 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 dość często wyróżnia 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 strefy 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 wiodącej działalności na poprzednim etapie wiekowym(aktywność związana z grami), a jej efektywny rozwój stanowi podstawę do wdrożenia kolejnych (działalności komunikacyjnej); - podstawa efektywności opanowania ucznia działania edukacyjne- Ten zadanie uczenia się, który jest rozwiązywany przez stopniowe kształtowanie działań umysłowych; - wydajny interakcja w działaniu komunikacji między nauczycielem a uczniem implikuje potrzebę budowania odpowiednich relacji, które determinują możliwości wzajemnego oddziaływania i wzajemnego zrozumienia. W pedagogice zidentyfikował i sformułował szereg wspólnych, regularnych relacji istniejących w działalności pedagogicznej. V. V. Kraevsky wyróżnia z nich następujące: - rozwój przez młodsze pokolenia doświadczeń społecznych starszych pokoleń (mówi się o tym zawsze, gdy chodzi o tzw nauka pedagogiczna i jego przedmiot) - społeczna istota edukacji, uwarunkowanie wszystkich jej elementów przez stan społeczno-ekonomiczny społeczeństwa; - współdziałanie nauczyciela i ucznia, wychowawcy i ucznia w procesie edukacyjnym, bez którego sam proces nie istnieje; - jedność treści i proceduralnych aspektów edukacji. W pedagogice prawa działają tak nieuchronnie, jak w naturze. I mają ten sam obiektywny charakter, tj. nie zależą od woli konkretnych osób. Jednak wzorce pedagogiczne, podobnie jak prawa natury, nie są fatalne: ich rozważenie nie oznacza poddania się. Przypomnijmy sobie na przykład nieuchronność działania prawa powszechnego ciążenia. Nie możesz go znać ani 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 nauczyciela, wychowawcy, dyrektora szkoły. 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, podporządkowując sobie tradycję, lecz następuje w zrozumieniu tego doświadczenia, w wyrobieniu własnej postawy wobec niego, w interakcji dorosły – dziecko, nauczyciel – uczeń. Jeśli pomożesz uczniowi rozwinąć konstruktywną postawę, możesz pomóc mu odnieść sukces nawet we wrogim środowisku.

Cel lekcji:

uogólnić wiedzę na temat „Interferencja i dyfrakcja światła”;
kontynuować kształtowanie umiejętności eksperymentalnych i zdolności uczniów;
stosować wiedza teoretyczna wyjaśniać zjawiska przyrodnicze;
promowanie zainteresowań fizyką i procesami wiedza naukowa;
przyczynić się do poszerzenia horyzontów uczniów, rozwoju umiejętności wyciągania wniosków z wyników eksperymentu.

Sprzęt:

lampa z żarnikiem prostym (jedna w klasie);
kółko druciane z rączką (praca nr 1,2);
szklanka wody z mydłem (praca nr 1,2);
płytki szklane (40 x 60 mm), po 2 sztuki w komplecie (praca nr 3) (sprzęt własnej roboty);
zacisk (praca nr 4);
tkanina nylonowa (100 x 100 mm, sprzęt własnej roboty, praca nr 5);
płyty gramofonowe (4 i 8 uderzeń na 1 mm, praca nr 6);
Płyty CD (praca nr 6);
fotografie owadów i ptaków (praca nr 7).

Postęp lekcji

I. Aktualizacja wiedzy na temat „Interferencja światła” (powtórzenie badanego materiału).

Nauczyciel: Przed wykonaniem zadań eksperymentalnych powtórzymy główny materiał.

Jakie zjawisko nazywa się zjawiskiem interferencji?

Które fale charakteryzują się interferencją?

Zdefiniuj fale spójne.

Zapisz warunki maksimów i minimów interferencji.

Czy w zjawiskach interferencyjnych przestrzegana jest zasada zachowania energii?

Studenci (sugerowane odpowiedzi):

– Interferencja jest zjawiskiem charakterystycznym dla fal wszelkiego rodzaju: mechanicznych, elektromagnetycznych. „Interferencja fal to dodanie dwóch (lub kilku) fal w przestrzeni, w wyniku czego w różnych jej punktach uzyskuje się wzmocnienie lub osłabienie powstałej fali.”

– Do utworzenia stabilnego wzoru interferencji potrzebne są spójne (dopasowane) źródła fal.

- Fale spójne to fale o tej samej częstotliwości i stałej różnicy faz.

Uczniowie zapisują na tablicy warunki maksimów i minimów.

Amplituda powstałego przemieszczenia w punkcie C zależy od różnicy w drodze fal na odległość D 2 – D 1 .

rysunek 1 - warunki maksymalne

rysunek 2 – warunki minimalne

, ()

gdzie k=0; ± 1; ±2; ± 3;…

(różnica w drodze fal jest równa parzystej liczbie półfali)

Fale ze źródeł S 1 i S 2 dotrą do punktu C w tych samych fazach i „wzmocnią się”.

Fazy oscylacji

Różnica w fazach

А=2Х max to amplituda powstałej fali.

, ()

gdzie k=0; ± 1; ±2; ± 3;…

(różnica w drodze fal jest równa nieparzystej liczbie półfali)

Fale ze źródeł S 1 i S 2 dotrą do punktu C w przeciwfazie i „gaszą się nawzajem”.

Fazy oscylacji

Różnica w fazach

A=0 to amplituda powstałej fali.

Wzór interferencyjny to regularna przemiana obszarów o zwiększonym i zmniejszonym natężeniu światła.

- Interferencja światła - przestrzenna redystrybucja energii promieniowania świetlnego w przypadku nałożenia dwóch lub więcej fal świetlnych.

W konsekwencji w zjawiskach interferencji i dyfrakcji światła przestrzegane jest prawo zachowania energii. W obszarze zakłóceń energia świetlna ulega jedynie redystrybucji, bez przekształcania jej w inne rodzaje energii. Wzrost energii w niektórych punktach obrazu interferencyjnego w stosunku do całkowitej energii świetlnej jest kompensowany przez jej spadek w innych punktach (całkowita energia świetlna to energia świetlna dwóch wiązek światła pochodzących z niezależnych źródeł).

Jasne paski odpowiadają maksimom energii, ciemne paski odpowiadają minimom energii.

Nauczyciel: Przejdźmy do praktycznej części lekcji.

Prace eksperymentalne №1

„Obserwacja zjawiska interferencji światła na błonie mydlanej”.

Wyposażenie: szklanki z roztworem mydła, kółka druciane z rączką o średnicy 30 mm. ( patrz rysunek 3)

Uczniowie obserwują zakłócenia w zaciemnionej klasie na płaskiej folii mydlanej przy monochromatycznym oświetleniu.

Na drucianym pierścieniu dostajemy film mydlany i umieszczamy go pionowo.

Obserwujemy jasne i ciemne poziome paski, których szerokość zmienia się wraz ze zmianą grubości folii ( patrz rysunek 4).

Wyjaśnienie. Pojawienie się jasnych i ciemnych pasm tłumaczy się interferencją fal świetlnych odbitych od powierzchni folii. trójkąt d = 2h

Różnica w drodze fal świetlnych jest równa dwukrotności grubości folii.

Folia ułożona pionowo ma kształt klina. Różnica w drodze fal świetlnych w jej górnej części będzie mniejsza niż w dolnej. W tych miejscach filmu, w których różnica dróg jest równa parzystej liczbie półfali, obserwuje się jasne paski. I z nieparzystą liczbą półfal - jasne paski. Poziomy układ pasków tłumaczy się poziomym układem linii o jednakowej grubości folii.

4. Oświetl film mydlany białym światłem (z lampy).

5. Obserwujemy zabarwienie pasm świetlnych w kolorach widmowych: u góry - niebieski, u dołu - czerwony.

Wyjaśnienie. Zabarwienie to można wytłumaczyć zależnością położenia pasm świetlnych od długości fali padającego koloru.

6. Obserwujemy również, że paski rozszerzając się i zachowując swój kształt, przesuwają się w dół.

Wyjaśnienie. Dzieje się tak na skutek zmniejszania się grubości warstwy, gdy roztwór mydła spływa pod wpływem siły ciężkości.

Praca doświadczalna nr 2

„Obserwacja interferencji światła na bańce mydlanej”.

1. Studenci dmuchają bańka (Patrz rysunek 5).

2. Obserwujemy powstawanie pierścieni interferencyjnych pomalowanych na kolory widmowe w jej górnej i dolnej części. Górna krawędź każdego pierścienia świetlnego posiada Kolor niebieski, dolny jest czerwony. W miarę zmniejszania się grubości warstwy pierścienie, również rozszerzające się, powoli przesuwają się w dół. Ich pierścieniowy kształt tłumaczy się pierścieniowym kształtem linii o jednakowej grubości.

Praca doświadczalna nr 3.

„Obserwacja interferencji światła na warstwie powietrza”

Uczniowie składają ze sobą czyste szklane płytki i ściskają je palcami (patrz rysunek nr 6).

Płytki ogląda się w świetle odbitym ciemne tło.

W niektórych miejscach obserwujemy jasne opalizujące pierścienie lub zamknięte nieregularny kształt paski.

Zmieniaj nacisk i obserwuj zmianę położenia i kształtu pasków.

Nauczyciel: Obserwacje w tej pracy mają charakter indywidualny. Naszkicuj zaobserwowany wzór interferencji.

Wyjaśnienie: Powierzchnie płytek nie mogą być idealnie równe, dlatego stykają się tylko w kilku miejscach. Wokół tych miejsc tworzą się najcieńsze kliny powietrzne o różnych kształtach, co daje obraz interferencji. (rysunek nr 7).

W świetle przechodzącym maksymalny warunek 2h=kl

Nauczyciel: Zjawisko interferencji i polaryzacji w budownictwie i technologii inżynierskiej wykorzystywane jest do badania naprężeń powstających w poszczególnych węzłach konstrukcji i maszyn. Metoda badawcza nazywa się fotoelastyczną. Na przykład, gdy model części ulega deformacji, naruszona zostaje jednorodność szkła organicznego.Natura wzoru interferencyjnego odzwierciedla naprężenia wewnętrzne w części.(zdjęcie nr 8) .

II. Aktualizacja wiedzy na temat „Dyfrakcja światła” (powtórzenie badanego materiału).

Nauczyciel: Przed wykonaniem drugiej części pracy powtórzymy główny materiał.

Jakie zjawisko nazywa się zjawiskiem dyfrakcji?

Warunek manifestacji dyfrakcji.

Siatka dyfrakcyjna, jej rodzaje i główne właściwości.

Warunek obserwacji maksimum dyfrakcyjnego.

Dlaczego fioletowy bliżej środka wzoru interferencyjnego?

Studenci (sugerowane odpowiedzi):

Dyfrakcja to zjawisko odchylenia fali od propagacji prostoliniowej podczas przechodzenia przez falę przez małe otwory i zaokrąglania małych przeszkód.

Warunek manifestacji dyfrakcji: D < , Gdzie D jest rozmiarem przeszkody, jest długością fali. Wymiary przeszkód (otworów) muszą być mniejsze lub współmierne do długości fali. Istnienie tego zjawiska (dyfrakcji) ogranicza zakres praw optyka geometryczna i jest przyczyną ograniczenia rozdzielczości przyrządów optycznych.

Siatka dyfrakcyjna – urządzenie optyczne będące strukturą okresową duża liczba regularnie rozmieszczone elementy, na których załamuje się światło. Pociągnięcia o profilu określonym i stałym dla danej siatki dyfrakcyjnej powtarzają się w regularnych odstępach czasu D(okres sieci). Główną właściwością siatki dyfrakcyjnej jest zdolność rozkładania padającej na nią wiązki światła na długości fali. Istnieją odblaskowe i przezroczyste siatki dyfrakcyjne. W nowoczesnych urządzeniach stosowane są głównie odblaskowe siatki dyfrakcyjne..

Warunek obserwacji maksimum dyfrakcyjnego:

Praca doświadczalna nr 4.

„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.
Ściętą część gąbek przykładamy blisko oka (ustawiając muszlę pionowo).
Przez tę szczelinę patrzymy na pionowo umieszczoną nić płonącej lampy.
Obserwujemy równoległe do niej opalizujące paski po obu stronach nici.
Szerokość szczeliny zmieniamy w zakresie 0,05 – 0,8 mm. Przechodząc do węższych szczelin, pasma oddalają się od siebie, stają się szersze i tworzą odrębne widma. Patrząc przez najszerszą szczelinę, prążki są bardzo wąskie i blisko siebie.
Uczniowie rysują w swoich zeszytach to, co widzą.

Praca doświadczalna nr 5.

„Obserwacja dyfrakcji światła na tkaninie kapronowej”.

Wyposażenie: lampa z żarnikiem prostym, tkanina nylonowa o wymiarach 100x100mm (rys. 10)

Przez nylonową tkaninę patrzymy na nić płonącej lampy.
Obserwujemy „krzyż dyfrakcyjny” (wzór w postaci dwóch pasm dyfrakcyjnych skrzyżowanych pod kątem prostym).
Uczniowie rysują w zeszycie widziany obraz (krzyż dyfrakcyjny).

Opis: W środku skorupy widoczny jest biały pik dyfrakcyjny. Przy k=0 różnica dróg fali jest równa zeru, więc centralne maksimum jest białe.

Praca doświadczalna nr 6.

„Obserwacja dyfrakcji światła na płycie gramofonowej i dysku laserowym”.

Wyposażenie: 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 oraz od kąta padania promieni. (patrz rysunek 12)

W podobny sposób zaobserwujemy dyfrakcję na dysku lasera. (patrz rysunek 13)

Praca doświadczalna nr 7.

„Obserwacja zabarwienia dyfrakcyjnego owadów na zdjęciach”.

Wyposażenie: (patrz rysunki nr 14, 15, 16.)

Nauczyciel: Zabarwienie dyfrakcyjne ptaków, motyli i chrząszczy jest bardzo powszechne w przyrodzie. Różnorodność odcieni dyfrakcyjnych kolorów jest charakterystyczna dla pawi, bażantów, bocianów czarnych, kolibrów i motyli. Zabarwienie dyfrakcyjne zwierząt było badane nie tylko przez biologów, ale także fizyków.

Uczniowie oglądają fotografie.

Opis: Zewnętrzna powierzchnia upierzenia wielu ptaków oraz górna część ciała motyli i chrząszczy charakteryzują się regularnym powtarzaniem elementów strukturalnych o okresie od jednego do kilku mikronów, tworzących siatkę dyfrakcyjną. Przykładowo budowę środkowych oczu ogona pawia widać na rycinie nr 14. Kolor oczu zmienia się w zależności od tego, jak pada na nie światło, pod jakim kątem na nie patrzymy.

Pytania kontrolne (każdy uczeń otrzymuje kartę z zadaniem - odpowiedz pisemnie na pytania ):

Czym jest światło?
Kto udowodnił, że światło jest fala elektromagnetyczna?
Jaka jest prędkość światła w próżni?
Kto odkrył interakcję światła?
Co wyjaśnia opalizujące zabarwienie cienkich warstw interferencyjnych?
Czy fale świetlne z dwóch żarówek mogą się zakłócać? Dlaczego?
Dlaczego gruba warstwa olejku nie opalizuje?
Czy położenie głównych maksimów dyfrakcyjnych zależy od liczby szczelin siatki?
Dlaczego pozorny opalizujący kolor filmu mydlanego cały czas się zmienia?

Praca domowa (w grupach, z uwzględnieniem indywidualnych cech uczniów).

– Przygotuj referat na temat „Paradoks Wawiłowa”.

– Ułóż krzyżówki ze słowami kluczowymi „interferencja”, „dyfrakcja”.

Literatura:

Arabadzhi V.I. Zabarwienie dyfrakcyjne owadów / „Quantum” nr 2, 1975
Wołkow V.A. uniwersalny rozwój lekcji w fizyce. Klasa 11. - M.: VAKO, 2006.
Kozłów S.A. O niektórych właściwościach optycznych płyt CD. / „Fizyka w szkole” nr 1, 2006
Płyty CD / „Fizyka w szkole” nr 1, 2006
Myakishev G.Ya., Bukhovtsev B.B. Fizyka: Proc. na 11 komórek. średnio szkoła - M.: Edukacja, 2000
Producent V.A. Paradoks Wawilowa / „Kwant” nr 2, 1971
Fizyka: Proc. na 11 komórek. średnio szkoła / N.M. Shakhmaev, S.N. Shakhmaev, D.Sh Shodiev. - M.: Edukacja, 1991.
Fizyczny słownik encyklopedyczny / “Encyklopedia radziecka”, 1983
Zajęcia laboratoryjne czołowe z fizyki w klasach 7-11 ogólny instytucje edukacyjne: Książka. dla nauczyciela / V.A. Burowa, Yu.I. Dika, B.S. Zworykina i innych; wyd. V.A. Burova, G.G. Nikiforova. - M.: Wykształcenie: Proc. lit., 1996

MINISTERSTWO EDUKACJI I KULTURY

REGION TULA

państwowa placówka edukacyjna szkół średnich kształcenie zawodowe Region Tuły
„Kolegium Politechniczne Lipkowskiego”

Do lekcja otwarta„Obserwacja interferencji i dyfrakcji światła” (praca laboratoryjna)

Lipki, 2012

Przygotowane przez nauczyciela

Vorobieva E.A. NOTATKA WYJAŚNIAJĄCA

Prace laboratoryjne prowadzone są przy użyciu program komputerowy„Wirtualna praca laboratoryjna z fizyki klasa 11” (Elektroniczne wydanie edukacyjne Wydawnictwa Drofa).

Za pomocą programu wyniki eksperymentów wyświetlane są na ekranach komputerów. Jest to jedna z prac laboratoryjnych, podczas której doskonalona jest zdolność uczniów do obserwacji i analizowania tego, co widzą. Podczas pracy laboratorium realizowane są następujące cele:

Szkolenie:

Podsumować wiedzę na temat „Interferencja i dyfrakcja światła”;

Stosuje wiedzę teoretyczną do wyjaśniania zjawisk naturalnych.

Edukacyjny:

Przyczyniać się do kształtowania zainteresowań fizyką i procesem wiedzy naukowej;

Przyczynić się do poszerzenia horyzontów uczniów, rozwoju umiejętności wyciągania wniosków z wyników eksperymentu.

Sprawozdanie z tej pracy opiera się na zasadzie „Zaobserwowaliśmy coś…”. Wyniki obserwacji studenci zapisują w protokole pracy laboratorium, który podany jest w wytycznych do wykonywania pracy laboratoryjnej dla studentów specjalności 140118 i 190631. Na zakończenie pracy laboratorium podawane są Pytania kontrolne na które należy odpowiedzieć, aby uzyskać zaliczenie laboratorium. Kontrolę wiedzy można przeprowadzić za pomocą testów komputerowych lub ustnej odpowiedzi ucznia. Po pomyślnym zakończeniu prac laboratoryjnych wystawiany jest znak „pozytywny”.

Podczas zajęć:

Część 1. Aktualizacja wiedzy na temat „Interferencja światła” (powtórzenie badanego materiału)

Nauczyciel:

Jakie zjawisko nazywa się interferencją światła?
Które fale charakteryzują się interferencją?
Zdefiniuj fale spójne.

Studenci: odpowiadać 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 jednorodny ośrodek izotropowy, w wyniku czego energia fali ulega redystrybucji w przestrzeni (1, s. 344). Powstała fala zostaje wzmocniona lub osłabiony.
Warunkiem koniecznym interferencji fal jest ich spójność. (1, s. 345)
Fale o tej samej częstotliwości i stałej różnicy faz nazywane są spójnymi (1, s. 345).

Nauczyciel:

Studenci: uwzględnić w zaleceniach metodologicznych uzasadnienie teoretyczne części 1 (załącznik)

Nauczyciel: wyświetla obraz części 1 kroku 3. (Dodatek)

Studenci: spełnić punkt 4 wytyczne. 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. Sugerowana odpowiedź Obserwujemy zabarwienie pasm świetlnych w kolorach widmowych. Powyżej - niebieski (fioletowy), poniżej - czerwony. Zabarwienie to można wytłumaczyć zależnością położenia pasm świetlnych od długości fali padającego światła. Ponieważ białe światło jest złożone, składa się z siedmiu kolorów.

Nauczyciel

studenci wykonaj pkt 6. Proponowana odpowiedź: Obserwujemy powstawanie pierścieni interferencyjnych pomalowanych na kolory spektralne w jego górnej i dolnej części. Górna krawędź każdego pierścienia świetlnego ma kolor niebieski (fioletowy), dolna jest czerwona. W miarę zmniejszania się grubości folii pierścienie rozszerzają się i przesuwają w dół pod wpływem siły ciężkości.

Nauczyciel zmienia obraz na ekranie.

studenci wykonaj pkt 7. Proponowana odpowiedź: W niektórych miejscach obserwujemy jasne, opalizujące paski w kształcie pierścienia lub zamknięte, nieregularne paski. Ze względu na nieidealność kształtu stykających się powierzchni, pomiędzy płytami powstają najcieńsze szczeliny powietrzne.

Nauczyciel zmienia obraz na ekranie.

studenci wykonaj punkt 8. Sugerowana odpowiedź: Kiedy zmienia się siła ściskająca płyty, zmienia się położenie i kształt pasm. Opalizujący kolor staje się mniej zauważalny w miarę zmniejszania się grubości szczeliny powietrznej.

Nauczyciel zmienia obraz na ekranie.

studenci wykonaj krok 9. Sugerowana odpowiedź: Szczególnie widoczna jest interferencja odbitych promieni świetlnych. Widzimy jasne spektrum promieni świetlnych od fioletu do czerwieni. Jasność zależy od częstotliwości stosowanych rowków.

Część 2. Aktualizacja wiedzy na temat „Dyfrakcja światła” (powtórzenie badanego materiału)

Nauczyciel: Przed wykonaniem zadań eksperymentalnych powtórzymy główny materiał:

Jakie zjawisko nazywa się dyfrakcją światła?
Warunki manifestacji dyfrakcji.

Studenci: odpowiadać 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 przejawu dyfrakcji: rozmiar przeszkody jest mniejszy lub równy długości fali. Wymiary przeszkód (otworów) muszą być mniejsze lub współmierne do długości 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 kroku 1. (Dodatek)

Studenci: spełnić ust. 1 części 2 wytycznych. Wyjaśnienia ustne: Po obu stronach nitki, równolegle do niej, widoczne są opalizujące 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 zaciskowej stają się proporcjonalne do długości fali światła widzialnego.

Nauczyciel zmienia obraz na ekranie.

studenci wykonaj punkt 2. Sugerowana odpowiedź: Kiedy suwmiarka obraca się płynnie wokół osi pionowej, opalizujące pasma oddalają się od siebie i stają się szersze, tworząc wyraźnie rozróżnialne widma.

Nauczyciel zmienia obraz na ekranie.

studenci wykonaj krok 3. Sugerowana 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 w każdym pasku znajduje się kilka opalizujących kolorów. 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 tym laboratorium zaobserwowaliśmy i wyjaśniliśmy charakterystyczne cechy zjawisk interferencji i dyfrakcji światła.

Nauczyciel : do zaliczenia pracy laboratoryjnej konieczne jest udzielenie odpowiedzi na pytania kontrolne na koniec pracy laboratoryjnej.

Literatura:

(s. 344, 350)
(s. 416, 420, 425)

Aplikacja

Laboratorium nr 11

Obserwacja interferencji i dyfrakcji światła

Cel pracy: badać charakterystyczne cechy interferencji i dyfrakcji światła.

Część I

Obserwacja interferencji światła

Sprzęt: 1) zapałki, 2) lampa spirytusowa, 3) kłębek 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-ROM.

Uzasadnienie teoretyczne.

Sprzęt niezbędny do obserwacji interferencji światła na błonie mydlanej pokazano na rysunku 1. Aby obserwować interferencję promieniowania monochromatycznego, do płomienia lampy alkoholowej wprowadza się kawałek waty zwilżonej roztworem chlorku sodu. W tym przypadku płomień jest zabarwiony żółty. Przez zanurzenie pierścienia drucianego 4 w roztworze mydła 5 uzyskuje się warstwę mydła, którą umieszcza się pionowo i ogląda na ciemnym tle w żółtym świetle lampy spirytusowej. Obserwuj powstawanie ciemnych i żółtych poziomych pasków (Rysunek 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.

Przy oświetleniu folii światłem białym (z okna lub lampy) paski świetlne zabarwiają się: u góry na niebiesko, na dole na czerwono. Za pomocą szklanej rurki 6 na powierzchnię roztworu mydła wdmuchuje 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 ściśniętych ze sobą szklanych płytek 7.

Ze względu na nieidealność kształtu stykających się powierzchni, pomiędzy płytami powstają najcieńsze szczeliny powietrzne, dając jasne opalizujące paski w kształcie pierścienia lub zamknięte paski o nieregularnym kształcie.

Kiedy zmienia się siła ściskająca płytki, położenie i kształt pasm zmieniają się zarówno w świetle odbitym, jak i przechodzącym.

Zjawisko interferencji odbitych promieni świetlnych jest szczególnie wyraźnie widoczne przy rozważaniu powierzchni płyty CD.

część druga

Obserwacja dyfrakcji światła

Sprzęt : 1) zacisk, 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.

Uzasadnienie teoretyczne

Dyfrakcja światła objawia się naruszeniem prostoliniowości rozchodzenia się promieni świetlnych, załamaniem światła wokół przeszkód, wnikaniem światła w obszar cienia geometrycznego. Przestrzenny rozkład natężenia światła za niejednorodnością ośrodka charakteryzuje obraz dyfrakcyjny.

W przypadku niejednorodności ośrodka w pracy wykorzystuje się szczelinę między szczękami zacisku. Przez tę szczelinę patrzą na pionowo umieszczoną nić 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 szczególnie dobrze widać przy płynnym obrocie zacisku wokół osi pionowej.

Inny wzór dyfrakcyjny obserwuje się na cienkim włóknie. Ramkę z żarnikiem umieszcza się na tle płonącej lampy równolegle do żarnika (rysunek).Po zdjęciu i przybliżeniu oprawki do oka uzyskuje się obraz dyfrakcyjny, gdy po bokach światła znajdują się jasne i ciemne paski. żarnik, a pośrodku, w obszarze jego geometrycznego cienia, widoczny jest pasek świetlny (rysunek ).

Na tkaninie kapronowej można zaobserwować wzór dyfrakcyjny. W tkaninie kapronowej wyróżniają się dwa wzajemnie prostopadłe kierunki. Obracając tkaninę wokół osi, spójrz przez tkaninę na żarnik płonącej lampy, uzyskując wyraźny wzór dyfrakcyjny w postaci dwóch pasm dyfrakcyjnych skrzyżowanych pod kątem prostym (krzyż dyfrakcyjny). W środku krzyża widoczne jest maksimum dyfrakcyjne koloru białego, a w każdym paśmie kilka kolorów.

Porządek pracy

Część I

1. Zapal lampę spirytusową.

2. Włóż do płomienia kłębek waty zwilżonej roztworem chlorku sodu.

3. Zanurz pierścień druciany w roztworze mydła, aby utworzyć warstwę mydła.

4. Naszkicuj wzór interferencyjny uzyskany na kliszy oświetlonej żółtym światłem lampy spirytusowej.

5. Wyjaśnij kolejność naprzemienności 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. Naszkicuj dwa wzory dyfrakcyjne zaobserwowane podczas badania 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 nitką na tle płonącej lampy równolegle do żarnika (patrz rys. 3). Przesuwając oprawkę względem oka należy zwrócić uwagę, aby pośrodku, w obszarze geometrycznego cienia nitki, widoczny był jasny pasek. Naszkicuj wzór dyfrakcyjny zaobserwowany dla cienkiego włókna.

4. Spójrz przez czarną nylonową tkaninę na żarnik płonącej lampy. Obracając tkaninę wokół osi, uzyskujemy wyraźny obraz dyfrakcyjny w postaci dwóch pasm dyfrakcyjnych skrzyżowanych pod kątem prostym. Naszkicuj obserwowany krzyż dyfrakcyjny, 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 / wyd. wyd. Yu.I. Dika, NS Puryszewa. – wyd. 2, ks. - M.: FORUM: INFRA-M, 2005. - 560 s.: il. - (Profesjonalna edukacja)(s. 416, 420, 425)

Temat: Obserwacja zjawisk interferencji i dyfrakcji światła.

Cel pracy: eksperymentalnie badać zjawisko interferencji i dyfrakcji.

Sprzęt:

szklanki z roztworem mydła;
druciany pierścień z rączką;
tkanina nylonowa;
PŁYTA CD;
lampa żarowa;
suwmiarka;
dwie szklane płyty;
ostrze;
pinceta;
tkanina nylonowa.

Część teoretyczna

Zakłócenia są zjawiskiem charakterystycznym dla fal dowolnego rodzaju: mechanicznych, elektromagnetycznych. Interferencja falowa to dodanie dwóch (lub kilku) fal w przestrzeni, w wyniku czego w różnych jej punktach uzyskuje się wzmocnienie lub osłabienie powstałej fali. Aby utworzyć stabilny wzór interferencji, potrzebne są spójne (dopasowane) źródła fal. Fale spójne to fale o tej samej częstotliwości i stałej różnicy faz.

Maksymalne warunki Δd = ±kλ, minimalne warunki, Δd = ± (2k + 1)λ/2 gdzie k =0; ± 1; ±2; ± 3;...(różnica w drodze fal jest równa parzystej liczbie półfali

Wzór interferencyjny to regularna przemiana obszarów o zwiększonym i zmniejszonym natężeniu światła. Interferencja świetlna to przestrzenna redystrybucja energii promieniowania świetlnego, gdy nakładają się dwie lub więcej fal świetlnych. W konsekwencji w zjawiskach interferencji i dyfrakcji światła przestrzegane jest prawo zachowania energii. W obszarze zakłóceń energia świetlna ulega jedynie redystrybucji, bez przekształcania jej w inne rodzaje energii. Wzrost energii w niektórych punktach obrazu interferencyjnego w stosunku do całkowitej energii świetlnej jest kompensowany przez jej spadek w innych punktach (całkowita energia świetlna to energia świetlna dwóch wiązek światła pochodzących z niezależnych źródeł).
Jasne paski odpowiadają maksimom energii, ciemne paski odpowiadają minimom energii.

Dyfrakcja to zjawisko odchylenia fali od propagacji prostoliniowej podczas przechodzenia przez falę przez małe otwory i zaokrąglania małych przeszkód. Warunek manifestacji dyfrakcji: D< λ, Gdzie D- wielkość przeszkody, λ - długość fali. Wymiary przeszkód (otworów) muszą być mniejsze lub współmierne do długości fali. Istnienie tego zjawiska (dyfrakcji) ogranicza zakres praw optyki geometrycznej i jest przyczyną ograniczającej rozdzielczości przyrządów optycznych. Siatka dyfrakcyjna to urządzenie optyczne będące strukturą okresową złożoną z dużej liczby regularnie rozmieszczonych elementów, na których załamuje się światło. Pociągnięcia o profilu określonym i stałym dla danej siatki dyfrakcyjnej powtarzają się w regularnych odstępach czasu D(okres sieci). Główną właściwością siatki dyfrakcyjnej jest zdolność rozkładania padającej na nią wiązki światła na długości fali. Istnieją odblaskowe i przezroczyste siatki dyfrakcyjne. W nowoczesnych urządzeniach stosowane są głównie odblaskowe siatki dyfrakcyjne. Warunek obserwacji maksimum dyfrakcyjnego: d sin(φ) = ± kλ

Instrukcje do pracy

1. Zanurz ramę drucianą w roztworze mydła. Zaobserwuj i narysuj wzór interferencyjny na filmie mydlanym. Gdy film zostanie oświetlony światłem białym (z okna lub lampy), paski świetlne zabarwiają się: u góry - w kolorze niebieskim, u dołu - w kolorze czerwonym. Użyj szklanej rurki, aby wydmuchać bańkę mydlaną. Obserwuj go. Przy oświetleniu światłem białym obserwuje się powstawanie kolorowych pierścieni interferencyjnych. W miarę zmniejszania się grubości warstwy pierścienie rozszerzają się i przesuwają w dół.

Odpowiedz na pytania:

Dlaczego bańki mydlane opalizują?
Jaki kształt mają tęczowe paski?
Dlaczego kolor bańki cały czas się zmienia?

2. Dokładnie wytrzyj szklane płytki, złóż je razem i ściśnij palcami. Ze względu na nieidealny kształt stykających się powierzchni, pomiędzy płytami tworzą się najcieńsze puste przestrzenie powietrzne, dając jasne opalizujące pierścieniowe lub zamknięte paski o nieregularnym kształcie. Kiedy zmienia się siła ściskająca płytki, położenie i kształt pasm zmieniają się zarówno w świetle odbitym, jak i przechodzącym. Narysuj obrazy, które widzisz.

Odpowiedz na pytania:

Dlaczego w oddzielnych miejscach styku płytek obserwuje się jasne, opalizujące, pierścieniowe lub o nieregularnym kształcie paski?
Dlaczego kształt i położenie otrzymanych prążków interferencyjnych zmienia się wraz ze zmianą ciśnienia?

3. Połóż płytę CD poziomo na wysokości oczu. Co obserwujesz? Wyjaśnij zaobserwowane zjawiska. Opisz wzór interferencji.

4. Spójrz przez nylonową tkaninę na żarnik płonącej lampy. Obracając tkaninę wokół osi, uzyskujemy wyraźny obraz dyfrakcyjny w postaci dwóch pasm dyfrakcyjnych skrzyżowanych pod kątem prostym. Naszkicuj obserwowany krzyż dyfrakcyjny.

5. Przy badaniu żarnika płonącej lampy przez szczelinę utworzoną przez szczęki suwmiarki (o szerokości szczeliny 0,05 mm i 0,8 mm) należy obserwować dwa wzory dyfrakcyjne. Opisz zmianę charakteru obrazu interferencyjnego przy płynnym obrocie suwmiarki wokół osi pionowej (przy szerokości szczeliny 0,8 mm). Powtórz ten eksperyment z dwoma ostrzami, dociskając je do siebie. Opisz naturę wzoru interferencyjnego

Zapisz swoje ustalenia. Wskaż, w którym z Twoich eksperymentów zaobserwowano zjawisko interferencji? dyfrakcja?