Почему наблюдается интерференция в мыльном растворе. Наблюдение интерференции и дифракции света

06.04.2019

Выборочное наблюдение: понятие, виды, ошибки выборки, оценка результатов. Примеры решения задач

Г) полнота охвата больных детей диспансерным наблюдением

Динамическое наблюдение и контроль, профилактика возврата к курению

Дифракция света. Дифракция Фраунгофера на дифракционной решетке.

1. Цель работы: изучить характерные особенности интерференции и дифракции света.

2. Литература:

2.1. Касьянов В.А. Физика. 11 класс: учебник для общеобразовательных учебных заведений. – М., 2003. Параграфы 44, 45, 47.

2.2. Конспект лекций по предмету «Физика».

3. Подготовка к работе:

3.1. Ответить на вопросы самопроверки для получения допуска к работе:

3.1.1. Какое явление называют интерференцией?

3.1.2. Какие волны называют когерентными? Назвать способы получения когерентных источников волн.

3.1.3. Какое явление называют дифракцией?

3.1.4. Сформулируйте принцип Гюйгенса – Френеля?

3.2. Подготовить бланк отчета в соответствии с пунктом 6.

4. Перечень необходимого оборудования:

4.2. Электронное издание «Лабораторные работы по физике 10-11 класс»: Дрофа, 2005. Лабораторная работа № 12.

5. Порядок выполнения работы:

Включить ПЭВМ. Установить лабораторную работу № 12. Рассмотреть оборудование для проведения эксперимента (рис. 1).

5.2. Зажгите спиртовку (2).Внесите в пламя комочек ваты (3), смоченной раствором хлорида натрия.

5.3. Опустите проволочное кольцо в раствор мыла для получения мыльной пленки.

5.4. Зарисуйте интерференционную картину, полученную на пленке при освещении желтым светом спиртовки (рис. 2). Объясните порядок чередования цветов на интерференционной картине при освещении пленки белым светом.

5.5. Выдуйте с помощью стеклянной трубки небольшой мыльный пузырь на поверхности мыльного раствора. Объясните причину перемещения интерференционных колец вниз.

5.6. Опишите интерференционную картину, наблюдаемую от двух сжатых стеклянных пластинок. Как изменяется наблюдаемая картина при увеличении силы, сжимающей пластинки вместе?

5.7. Опишите интерференционную картину при освещении CD-диска. Зарисуйте две дифракционные картины, наблюдаемые при рассмотрении нити горящей лампы через щель штангенциркуля (при ширине щели 0,05 и 0,8 мм). Опишите изменение характера интерференционной картины при плавном повороте штангенциркуля вокруг вертикальной оси при ширине щели 0,8 мм. Рамку с нитью расположите на фоне горящей лампы параллельно нити накала (рис. 3). Перемещая рамку относительно глаза, добейтесь того, чтобы в середине, в области геометрической тени нити, наблюдалась светлая полоса. Зарисуйте дифракционную картину, наблюдаемую за тонкой нитью.

5.8. Посмотрите сквозь черную капроновую ткань на нить горящей лампы. Поворачивая ткань вокруг оси, добейтесь четкой дифракционной картины в виде двух скрещенных под прямым углом дифракционных полос. Зарисуйте наблюдаемый дифракционный крест, опишите его.

6.1. Номер и наименование работы.

6.2. Цель работы.

6.3. Рисунок интерференционной картины (рис. 2) и его объяснение.

6.4. Объяснение интерференционной картины на поверхности мыльного пузыря.

6.5. Рисунок интерференционной картины, наблюдаемой от двух сжатых стеклянных пластинок. Объяснение её изменения при сжатии пластинок.

6.6. Описание интерференционной картины при освещении CD-диска.

6.7. Рисунок двух дифракционных картин на щели 0,05 и 0,8 мм. Опишите её изменение при плавном повороте щели вокруг вертикальной оси.

6.8. Рисунок дифракционной картины на тонкой нити.

6.9. Рисунок дифракционной картины на капроновой нити. Дифракционный крест.

Лабораторная работа № 13.

16.Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракция Френеля и Фраунгофера. Дифракционная решетка. Дифракция рентгеновских лучей.

Дифракция световых волн заключается в огибании волнами преград, препятствий разной формы и попадания волн в область тени. Эффект дифракции волн ярко выражен когда

размеры препятствий превосходя длину волны оказываются

соизмеримыми с длиной волны.Однако явление дифракции света

наблюдается и от крупных объектов, но в этом случае необходимо

удалять экран наблюдения на большие расстояния.

В лабораторных условиях дифракция осуществляется на базисе порядка 1м,

и резко выраженный эффект обнаруживается при размерах преград d=1мм или меньше.

Явление дифракция света качественно можно представить исходя из принципа Гюйгенса (к-ц 17в)

Принцип Гюйгенса Пусть мы имеем источник света. Каждая точка фронта волны представляет собой

элем-й источник вторичных волн. Фронт волны в следующий момент времени дает огибающую вторичных волн.

Принцип Гюйгенса-Френеля: каждая точка фронта волны является элементарным источником вторичных волн, интерференция вторичных волн и определяет освещенность в заданной точке экрана наблюдения.

Однако принцип Гюйгенса не позволяет определить интенсивность света, идущего от преграды в данном направлении, поэтому решение задачи на дифракцию света носит только качественный характер. Френель дополнил принцип Гюйгенса принципом интерференции света.

Выразим освещенность в данной точке экрана наблюдения исходя из принципа Г-Ф для свободного фронта волны.

Запишем амплитуду элементарного воздействия на т.О:
(1)

- амплитуда колеб., исходящего от поверхности фронта волны площадью 1м 2

- амплитуда колебания, исходящего от элементарного участка фронта волны площадью

Запишем само колебание:

(1а)

Для определения величины воздействия всего фронта волны в данной точке надо учесть интерференцию вторичных волн по Френелю, иначе говоря надо проинтегрировать последнюю ф-лу по всей поверхности
(2)

Расчёт по формуле (2) обычно предсиавляет собой трудную задачу. Френель разработал в двльнейшем метод который получивший название метода зон Френеля., который позволяет сравнительно просто в ряде задач опред. освещенность не прибегая к сложному интегрированию.Суть метода заключается в том, что поверхность фронта волны делится не на бесконечно малые

Дифракция в сходящихся лучах (дифракция Френеля)

Рассмотрим расположение в котором имеется точечный источник света, экран наблюдения и между ними расположен объект дифракции в виде прозрачного

экрана с дыркой. Воспользуемся методом зон Френеля.

Воспользуемся принципом Гюйгенса-Френеля.

В т.О – эффект дифракции в сходящихся лучах.

Дифракция в параллельных лучах (Дифракция Фраунгофера)

Фраунгофер(нем.,1-я полов. 19в.)

После прохождения объекта дифракции лучи

идут параллельно

. Физический смысл принципа Гюйгенса-Френеля. Вывод на его основе законов геометрической оптики.

По Гюйгенсу свет представляет собой волну. (Формулировка принципа Гюйгенса)

Вывод на его основе закона преломления

Задачи по дифракции в //-х лучах

Задача состоит в расчёте распределения освещенности

дифракционной картины в плоскости экрана Э(в фокальной

плоскости линзы Л). В соответствии с принципом Г-Ф

элементарных полосок dX от X=0 до X=b приходящих в

произвольную т.О. Интерф. предс. собой суммирование

всех таких элементарных воздействий с учётом фазовых соотношений. При расчете будем

учитывать, что разность фаз, приходящих колебаний

вт.О определяется разностью хода колебаний различных элементов, а разность хода легко

выражается через угол дифракции ψ. От плоскости АС перпендикулярной к пучку

диффрагированных лучей, лучи от разных мест до т.О проходят различный геометрический путь,

но один и тот же оптический путь. Т.о. разность хода определяется различием расстояния от

плоскости щели до плоскости АС.

-амплитуда колебания, исходящего от всей ширины щели,

- амплитуда колебания, исходящего щели, единичной ширины.

- амплитуда колебания, исходящего от бесконечно малой ширины щели (dx)

-элементарное колебание, приходящее в т.О от элемента dx

. (7)

Интенсивность светового пучка и освещённость в т.О или энергия приносимая в эту точку пропорциональна квадрату амплитуды:

(8)
(8а),

Изобразим распределение (8) и (8а) графически:

Как следует из расчёта распределение освещенности на экране

Э представляет собой главный максимум большей освещенности

И систему прилегающих к нему слабых вторичных

максимумов разделённых минимумом нулевой освещенности.

Сформулируем условие минимумов и вторичных максимумов. Чтобы образовался минимум

необходимо чтобы числитель в формулах (7) и (8) обратился в ноль, при условии что знаменатель не равен нулю.

Если:
-минимум нулевой освещенности , то числитель равен нулю при этом знаменатель не равен 0,
(9)- минимумk=1, 2, 3,…

Если:
-вторичные максимумы , то числитель (8) равен 1
(10)-вторичные максимумыk=1, 2, 3,… Во вторичных максимумах

Формула (11)

Все результаты можно подтвердить исходя из метода векторных диаграмм, которые в ряде задач являются плодотворными.

Дифракционная решетка

Дифракционная решетка представляет собой совершено высококачественный современный спектральный прибор. Характеристики дифракционной решетки:

- свободная область дисперсии,
-спектральный предел разрешения,R-спектральная разрешающая сила,
-светосила прибора,
-

угловая дисперсия.

Теорию дифр. решетки рассмотрим используя метод индукции. В рассуждениях будем увеличивать число щелей решетки и наблюдать влияние такого увел-я на распр-е освещенности. Кроме прозрачных решеток нанесенных на пластинах стекла или плавленого кварца широко используют отражательные решетки, штрихи которых наносят на пов-ть металлич. зеркала, плоского или выпуклого. Выпук. отраж-е решетки исполь-т без применения стеклянных или кварцевых линз. это позволяет проводить спектр-е исслед-я в далеких УФ области спектра, для которых даже воздух оказ-ся сильно поглощающей средой.

Расс-м случай дифр. от 2-х одинаковых щелей.

Пусть: b- ширина каждой щели, с- расстояние между щелями.м

∆φ сосед =0 a рез =2а 0 ; I=4I 0

т. 1: ∆φ сосед =π a рез =0; I=0;

т.2:φ сосед =2π a рез =2а 2 ; I=4I 2 ;

т.3.∆φ сосед =3π a рез =0; I=0;

т. 4: ∆φ сосед =4π a рез =2a 4 I=4I 4 ;

аналогичным образом рассматривается, когда число щелей возрастает.1)по мере увеличения числа щелей в решетке поисходит сужение главных максимумов. Ширина главного максимума оказывается пропорциональной 1/N, N – число щелей. 2) Интенсивность глав. максимумов возрастает пропорционально N 2 .3) Между соседними главными максимумами появляются вторичные максимумы и минимумы, число втор. макс.=N-2 и N-1 – минимумов. На практике используют решетки, в которых число щелей составляет 10 000 и даже 100 000, поэтому реальная оптическая решетка формирует систему очень узких ширина пропорциональной 1/N и очень сильный главный максимум, а вторичные максимумы создают только слабый фон.Запишем усл. главного максимума для реальной решетки:

(12)-усл. глав. max от решетки

(13)Среди мн-ва min от решетки особый интерес пред-т 1-й минимум прилегающий главн. данному максимуму.

(16) гдеk=0,1,2,..; m=1,2,…N-1.Ф-ла(16) дает усл. минимумов от решетки. Учитывая

(17)-усл. миним-в от решетки

Основ. св-во дифр. решетки сост. в перераспределении первич. пучка в некотор. избранных стого определенных напрвлений удов-х усл. глав. max (14)

решетка представляет собой переизлучатель света. Расчет приводит к функции распределения интенсивности:
(18), гдеI 0 -интенсивность от решетки под углом ψ=0

- половина сдвига фаз от краев одной щели

- половина сдвига фаз от соседних лучей

(18), где I 0 – интенсивность от решетки под углом ψ=0

1-ая тригонаметрическая формула (18) учитывает влияние дифракции от одной щели, 2-ая учитывает влияние N-лучевой интерференции. В главных максимумах 2-ая тригонаметрическая ф-ция в(18а) принимает максимальное значение равное 1. В ф-ле (18б) 2-ая тригонаметр. ф-я в главных максимумах принимает значение N 2 и м/у I 0 и I 01 имеет соотношение:
,нетрудно доказать, что макс. значение 2-й триг. ф-ии, т.е. ее значение в области главных максимумов:
(14)

Нулевое значение 2-й тригонаметрической ф-ии соотв-т условию
(17) – минимумы (нули),k=0,1,2…., m=1,2,3,…, N-1

Основной ф-ой теории дифр решетки является условие главных максимумов (14). Важным соотношением теории дифр решетки является условие минимумов (17). Нетрудно видеть, что подстановка (14) в ф-лу (18а) приводит к тому, что 2-й трин. сомножитель опред. в неопределенность (0/0). Если эту неопределенность раскрыть по Лопиталю, то увидим что это соотношение принимает максимальное значение равное 1. Т.о. ф-ла (14) – условие макс. нах-ся в полном соответствии с распределением (18а). Аналогично подстановка (17) минимумов(нулей) в (18а) приводит к тому,что числитель тригонаметрического сомножителя обращается в ноль, тогда как знаменатель оказывается отличным от нуля, т.е. соотношение (17) обращает 2-й триг. сомножитель в нуль. Ф-ла (17) находится в полном

соответствии с (18а). Применение дифр. реш. – мощный спектральный прибор, предназначенный для измерений.

“Наблюдение дифракции света на узкой щели”

Оборудование: (см рисунок№ 9 )

Сдвигаем ползунок штангенциркуля до образования между губками щели шириной 0,5 мм.

Приставляем скошенную часть губок вплотную к глазу (располагая шель вертикально).

Сквозь эту щель смотрим на вертикально расположенную нить горящей лампы.

Наблюдаютем по обе стороны от нити параллельные ей радужные полоски.

Изменяем ширину щели в пределах 0,05 – 0,8 мм. При переходе к более узким щелям полосы раздвигаются, становятся шире и образуют различимые спектры. При наблюдении через самую широкую щель полосы очень узки и располагаются близко одна к другой.

Ученики зарисовывают в тетрадь увиденную картину.

Экспериментальная работа № 5.

“Наблюдение дифракции света на капроновой ткани”.

Оборудование: лампа с прямой нитью накала, ткань капроновая размером 100x100мм (рисунок 10)

Смотрим через капроновую ткань на нить горящей лампы.

Наблюдаем “дифракционный крест” (картина в виде двух скрещенных под прямым углом дифракционных полос) .

Ученики зарисовывают в тетрадь увиденную картину (дифракционный крест).

Объяснение : В центре краста виден дифракционный максимум белого цвета. При k=0 разность хода волн равна нулю, поэтому центральный максимум получается белого цвета.

Крест получается потому, что нити ткани представляют собой две сложенные вместе дифракционные решетки со взаимно перпендикулярными щелями. Появление спектральных цветов объясняется тем, что белый свет состоит из волн различной длины. Дифракционный максимум света для различных волн получается в различных местах.

Экспериментальная работа № 6.

“Наблюдение дифракции света на грампластинке и лазерном диске”.

Оборудование: лампа с прямой нитью накала, грампластинка (см. рисунок 11)

Грампластинка является хорошей дифракционной решеткой.

Располагаем грампластинку так, чтобы бороздки расположились параллельно нити лампы и наблюдаем дифракцию в отраженном свете.

Наблюдаем яркие дифракционные спектры нескольких порядков.

Объяснение : Яркость дифракционных спектров зависит от частоты нанесенных на грампластинку бороздок и от величины угла падения лучей. (см. рисунок 12)

Почти параллельные лучи, падающие от нити лампы, отражаются от соседних выпуклостей между бороздками в точках А и В. Лучи, отраженные под углом равным углу падения, образуют изображение нити лампы в виде белой линии. Лучи, отраженные под иными углами имеют некоторую разность хода, вследствие чего происходит сложение волн.

Аналогичным образом пронаблюдаем дифракцию на лазерном диске. (см. рисунок 13)

Поверхность компакт-диска представляет собой спиральную дорожку с шагом соизмеримым с длиной волны видимого света.На мелкоструктурной поверхности проявляются дифракционные и интерференционные явления. Блики компакт- дисков имеют радужную окраску.

Дифракция волн на воде

Методы исследования в науке - это система приемов и процедур деятельности, направленной на выполнение определенной исследовательской задачи. Всякая наука использует наряду с общенаучными специфические методы исследования. Для достижения цели в конкретном исследовании применяется система методов, правильный выбор которых оптимизирует исследование и повышает его результативность. Теоретические методы психолого-педагогического исследования опосредованно и непосредственно выходят на анализ реальных образовательных процессов (их причин, источников развития, системы условий, обеспечивающих их эффективное функционирование). Эмпирические методы направлены на диагностику и изменение состояния исследуемого объекта. Методы количественного и качественного анализа позволяют систематизировать полученную при использовании эмпирических методов информацию и сделать предварительные выводы о наличии причинно-следственных связей между явлениями. В сфере гуманитарного познания, к которой относится педагогика, все большее распространение получают качественные методы исследования, предшествующие выбору и применению математических и статистических методов. Они помогают избежать односторонности в получении научного знания, нивелирования индивидуальности воспитанников, а также обеспечить целостное восприятие их различий как объективный факт и норму. Соблюдение баланса между количественным и качественным в конкретном исследовании позволяет достичь подлинной научности. При качественном анализе человек представляет для исследователя интерес не только как объект изучения и источник информации, но и как особый мир образов и переживаний. В. В. Краевский выделяет некоторые наиболее характерные особенности качественных методов исследования: - инструменты измерения разрабатываются и проверяются в ходе самой научной работы, часто являются специфическими, отражают индивидуальный исследовательский подход; - исследовательские процедуры на качественном уровне дублируются редко; - анализ осуществляется путем обобщения идей из собранных эмпирических данных; организация данных направлена на получение целостной картины. Психологическая и педагогическая науки предназначены для выявления закономерностей образовательного процесса как объективных оснований педагогической деятельности. Выбор методов конкретного исследования - задача исследователя, способы решения которой рассматриваются в след. лекциях.. 2.5. Закономерности как предмет научного исследования. Всякая наука исследует определенный класс закономерностей, объективно существующих в выбранной области действительности. Знание о закономерностях позволяет моделировать происходящие в данной области процессы, прогнозировать их и проектировать эффективную (продуктивную) деятельность. При этом под закономерностями понимаются устойчиво повторяющиеся причинно-следственные связи между явлениями. Многие педагоги считают себя «специалистами» в области психологии : они ведь общаются, решают учебно-воспитательные задачи, «понимают» друг друга и т.п. На самом деле речь идет о так называемой «житейской психологии», которая имеет полное право на существование. Многие психологи-профессионалы опираются на опыт житейской психологии, включая и свой собственный жизненный опыт. Но в психолого-педагогических исследованиях все-таки необходимо различать научную психологию и психологию житейскую. Ю. Б. Гиппенрейтер выделяет следующие различия . 1. Житейские знания конкретны, связаны с конкретными жизненными ситуациями, а научная психология стремится к обобщенному знанию, основанному на выделении общих закономерностей жизни и поведения людей. 2. Житейские знания носят больше интуитивный характер, а в психологической науке стремятся к рациональному объяснению психических явлений, т.е. к лучшему их пониманию и даже прогнозированию. 3. ^ Житейские знания передаются в очень ограниченных вариантах (из уст в уста, через письма и т.п.), а научные знания передаются через ‑ специальную систему фиксации накопленного человеком опыта (через книги, лекции, аккумулируются в научных школах и т.п.). 4. В житейской психологии получение знаний осуществляется через наблюдения, рассуждения или через непосредстведное переживание человеком тех или иных событий. В научной психологии новые знания получаются в специальных исследованиях и экспериментах, а также в особых формах научного мышления и воображения («воображаемый эксперимент»). 5. ^ Научная психология располагает обширным, разнообразным и уникальным фактическим материалом, недоступным ни одному носителю житейской психологии . Особая характеристика научного знания - его системность и упорядоченность, что позволяет каждому психологу-профессионалу ориентироваться во всем многообразии этого знания. ^ Но при этом нельзя говорить, что научная психология непременно «лучше» житейской, так как на самом деле они взаимодополняют друг друга". В психологии поиск общих закономерностей отличается обобщенностью полученной научной информации. Психологические особенности отдельного индивида представляют ценность как факт для обобщенных выводов о закономерностях возрастной психологии, педагогической психологии, психологии личности и индивидуальных различий, социальной психологии. В образовательной деятельности довольно часто выделяются следующие общие психологические закономерности: - обучение ведет за собой развитие; - развитие связано со становлением натуральных и высших психических функций (логическое запоминание, целенаправленное мышление, творческое воображение, произвольность психических процессов); - расширение зоны актуального состояния знаний и умений ребенка задается компетентным взрослым (педагогом и родителем) через зону ближайшего развития; - учет возрастных психологических особенностей учащихся осуществляется через понимание педагогом состояния социальной ситуации развития ребенка, возможностей становленияведущей деятельности, возрастных психологических новообразований; - учебная деятельность формируется на основе завершенности развития ведущей деятельности на предыдущем возрастном этапе (игровая деятельность), а ее эффективное освоение закладывает основу для разворачивания последующей (деятельность общения); - основа эффективности овладения обучающимся учебной деятельностью - это учебная задача, которая решается через поэтапное формирование умственных действий; - эффективное взаимодействие в деятельности общения педагога и обучающегося предполагает необходимость построения соответствующих взаимоотношений, определяющих возможности взаимовлияния и взаимопонимания . В педагогике выявлен и сформулирован ряд общих закономерных связей , существующих в педагогической деятельности. В. В. Краевский выделяет следующие из них: - освоение подрастающими поколениями социального опыта старших поколений (к нему обращаются всякий раз, когда речь идет о педагогической науке и ее объекте); - социальная сущность образования, обусловленность всех его элементов социально-экономическим состоянием общества; - взаимодействие учителя и ученика, воспитателя и воспитанника в образовательном процессе, без которого нет самого этого процесса; - единство содержательной и процессуальной сторон обучения. В педагогике закономерности действуют так же неотвратимо, как и в природе . И они носят такой же объективный характер, т.е. не зависят от воли конкретных людей. Однако так же, как и законы природы, педагогические закономерности не фатальны: их учет не означает подчинения. Для примера вспомним о неотвратимости действия закона всемирного тяготения. Его можно не знать или презирать, но, споткнувшись, упадешь вниз. Однако именно на понимании этого закона были разработаны летательные аппараты. Понимание законов гидро- и аэродинамики позволило мореходам ходить на паруснике против ветра, галсами. Так же и понимание педагогических закономерностей позволяет оптимизировать деятельность учителя, воспитателя, руководителя школы . Нередко можно услышать, что «воспитывает жизнь, она все расставляет по своим местам; и если воспитание противоречит окружающей жизни, оно безрезультатно - жизнь всегда побеждает». Но ведь известно, что, к примеру в одной и той же семье (т. е. в одних и тех же обстоятельствах, «в одной и той же жизни») вырастают совершенно разные дети. Освоение опыта не происходит пассивно, путем подчинения традиции, оно протекает в ‑ осмыслении этого опыта, в выработке собственного отношения к нему, во взаимодействии взрослого и ребенка, педагога и воспитанника. Если помочь воспитаннику выработать конструктивную позицию, то можно помочь ему стать успешным даже во враждебном окружении.

Цель урока:

обобщить знания по теме “Интерференция и дифракция света”;
продолжить формирование экспериментальных умений и навыков учащихся;
применить теоретические знания для объяснения явлений природы;
способствовать формированию интереса к физике и процессу научного познания;
способствовать расширению кругозора учащихся, развитию умения делать выводы по результатам эксперимента.

Оборудование:

лампа с прямой нитью накала (одна на класс);
кольцо проволочное с ручкой (работы №1,2);
стакан с мыльным раствором (работы №1,2);
пластинки стеклянные (40 х 60мм) по 2 штуки на один комплект (работа№3) (самодельное оборудование);
штангенциркуль (работа №4);
ткань капроновая (100 х 100мм, самодельное оборудование, работа №5);
грампластинки (4 и 8 штрихов на 1мм, работа №6);
компакт-диски (работа №6);
фотографии насекомых и птиц (работа №7).

Ход занятия

I. Актуализация знаний по теме “Интерференция света”(повторение изученного материала).

Учитель: Перед выполнением экспериментальных заданий повторим основной материал.

Какое явление называют явлением интерференции?

Для каких волн характерно явление интерференции?

Дайте определение когерентных волн.

Запишите условия интерференционных максимумов и минимумов.

Соблюдается ли закон сохранения энергии в явлениях интерференции?

Ученики (предполагаемые ответы):

– Интерференция – явление характерное для волн любой природы: механических, электромагнитных. “Интерференция волн – сложение в пространстве двух (или нескольких) волн, при котором в разных его точках получается усиление или ослабление результирующей волны”.

– Для образования устойчивой интерференционной картины необходимы когерентные (согласованные) источники волн.

– Когерентными называются волны, имеющие одинаковую частоту и постоянную разность фаз.

– На доске ученики записывают условия максимумов и минимумов.

Амплитуда результирующего смещения в точке С зависит от разности хода волн на расстоянии d 2 – d 1 .

рисунок1 – условия максимумов

рисунок2 – условия минимумов

, ()

где k=0; ± 1; ± 2; ± 3;…

(разность хода волн равна четному числу полуволн)

Волны от источников S 1 и S 2 придут в точку С в одинаковых фазах и “усилят друг друга”.

Фазы колебаний

Разность фаз

А=2Х max – амплитуда результирующей волны.

, ()

где k=0; ± 1; ± 2; ± 3;…

(разность хода волн равна нечетному числу полуволн)

Волны от источников S 1 и S 2 придут в точку С в противофазах и “погасят друг друга”.

Фазы колебаний

Разность фаз

А=0 – амплитуда результирующей волны.

Интерференционная картина – регулярное чередование областей повышенной и пониженной интенсивности света.

– Интерференция света – пространственное перераспределение энергии светового излучения при наложении двух или нескольких световых волн.

Следовательно, в явлениях интерференции и дифракции света соблюдается закон сохранения энергии. В области интерференции световая энергия только перераспределяется, не превращаясь в другие виды энергии. Возрастание энергии в некоторых точках интерференционной картины относительно суммарной световой энергии компенсируется уменьшением её в других точках (суммарная световая энергия – это световая энергия двух световых пучков от независимых источников).

Светлые полоски соответствуют максимумам энергии, темные – минимумам.

Учитель: Переходим к практической части урока.

Экспериментальная работа №1

“Наблюдение явления интерференции света на мыльной пленке”.

Оборудование: стаканы с раствором мыла, кольца проволочные с ручкой диаметром 30 мм. (см. рисунок 3 )

Учащиеся наблюдают интерференцию в затемненном классе на плоской мыльной пленке при монохроматическом освещении.

На проволочном кольце получаем мыльную плёнку и располагаем её вертикально.

Наблюдаем светлые и тёмные горизонтальные полосы, изменяющиеся по ширине по мере изменения толщины плёнки (см. рисунок 4 ).

Объяснение. Появление светлых и темных полос объясняется интерференцией световых волн, отраженных от поверхности пленки. треугольник d = 2h

Разность хода световых волн равна удвоенной толщине плёнки.

При вертикальном расположении пленка имеет клинообразную форму. Разность хода световых волн в верхней её части будет меньше, чем в нижней. В тех местах пленки, где разность хода равна четному числу полуволн, наблюдаются светлые полосы. А при нечетном числе полуволн – светлые полосы. Горизонтальное расположение полос объясняется горизонтальным расположением линий равной толщины пленки .

4. Освещаем мыльную пленку белым светом (от лампы).

5. Наблюдаем окрашенность светлых полос в спектральные цвета: вверху – синий, внизу – красный.

Объяснение. Такое окрашивание объясняется зависимостью положения светлых полос о длины волн падающего цвета.

6.Наблюдаем также, что полосы, расширяясь и сохраняя свою форму, перемещаются вниз.

Объяснение. Это объясняется уменьшением толщины пленки, так как мыльный раствор стекает вниз под действием силы тяжести.

Экспериментальная работа №2

“Наблюдение интерференции света на мыльном пузыре”.

1. Учащиеся выдувают мыльные пузыри (См. рисунок 5).

2. Наблюдаем на верхней и нижней его части образование интерференционных колец, окрашенных в спектральные цвета. Верхний край каждого светлого кольца имеет синий цвет, нижний – красный. По мере уменьшения толщины пленки кольца, также расширяясь, медленно перемещаются вниз. Их кольцеобразную форму объясняют кольцеобразной формой линий равной толщины .

Экспериментальная работа № 3.

“Наблюдение интерференции света на воздушной пленке”

Чистые стеклянные пластинки учащиеся складывают вместе и сжимают пальцами (см. рисунок №6).

Пластинки рассматривают в отраженном свете на темном фоне.

Наблюдаем в некоторых местах яркие радужные кольцеобразные или замкнутые неправильной формы полосы.

Измените нажим и пронаблюдайте изменение расположения и формы полос.

Учитель: Наблюдения в этой работе носят индивидуальный характер. Зарисуйте наблюдаемую вами интерференционную картину.

Объяснение: Поверхности пластинок не могут быть совершенно ровными, поэтому соприкасаются они только в нескольких местах. Вокруг этих мест образуются тончайшие воздушные клинья различной формы, дающие картину интерференции. (рисунок№ 7).

В проходящем свете условие максимума 2h=kl

Учитель: Явление интерференции и поляризации в строительной и машиностроительной технике используют для изучения напряжений, возникающих в отдельных узлах сооружений и машин. Метод исследования называют фотоупругим. Например, при деформации модели детали однородность органического стекла нарушается .Характер интерференционной картины отражает внутренние напряжения в детали (рисунок№ 8).

II. Актуализация знаний по теме “Дифракция света” (повторение изученного материала).

Учитель: Перед выполнением второй части работы повторим основной материал.

Какое явление называют явлением дифракции?

Условие проявления дифракции.

Дифракционная решетка, ее виды и основные свойства.

Условие наблюдения дифракционного максимума.

Почему фиолетовый цвет ближе к центру интерференционной картины?

Ученики (предполагаемые ответы):

Дифракция – явление отклонения волны от прямолинейного распространения при прохождении через малые отверстия и огибании волной малых препятствий.

Условие проявления дифракции: d < , где d – размер препятствия, - длина волны. Размеры препятствий (отверстий) должны быть меньше или соизмеримы с длиной волны. Существование этого явления (дифракции) ограничивает область применения законов геометрической оптики и является причиной предела разрешающей способности оптических приборов.

Дифракционная решетка – оптический прибор, представляющий собой периодическую структуру из большого числа регулярно расположенных элементов, на которых происходит дифракция света . Штрихи с определенным и постоянным для данной дифракционной решетки профилем повторяются через одинаковый промежуток d (период решетки). Способность дифракционной решетки раскладывать падающий на нее пучек света по длинам волн является ее основным свойством. Различают отражательные и прозрачные дифракционные решетки. В современных приборах применяют в основном отражательные дифракционные решетки .

Условие наблюдения дифракционного максимума:

Экспериментальная работа № 4.

“Наблюдение дифракции света на узкой щели”

Оборудование: (см рисунок№ 9 )

Сдвигаем ползунок штангенциркуля до образования между губками щели шириной 0,5 мм.
Приставляем скошенную часть губок вплотную к глазу (располагая шель вертикально).
Сквозь эту щель смотрим на вертикально расположенную нить горящей лампы.
Наблюдаютем по обе стороны от нити параллельные ей радужные полоски.
Изменяем ширину щели в пределах 0,05 – 0,8 мм. При переходе к более узким щелям полосы раздвигаются, становятся шире и образуют различимые спектры. При наблюдении через самую широкую щель полосы очень узки и располагаются близко одна к другой.
Ученики зарисовывают в тетрадь увиденную картину.

Экспериментальная работа № 5.

“Наблюдение дифракции света на капроновой ткани”.

Оборудование: лампа с прямой нитью накала, ткань капроновая размером 100x100мм (рисунок 10)

Смотрим через капроновую ткань на нить горящей лампы.
Наблюдаем “дифракционный крест” (картина в виде двух скрещенных под прямым углом дифракционных полос) .
Ученики зарисовывают в тетрадь увиденную картину (дифракционный крест).

Объяснение: В центре краста виден дифракционный максимум белого цвета. При k=0 разность хода волн равна нулю, поэтому центральный максимум получается белого цвета.

Экспериментальная работа № 6.

“Наблюдение дифракции света на грампластинке и лазерном диске”.

Оборудование: лампа с прямой нитью накала, грампластинка (см. рисунок 11)

Грампластинка является хорошей дифракционной решеткой.

Располагаем грампластинку так, чтобы бороздки расположились параллельно нити лампы и наблюдаем дифракцию в отраженном свете.
Наблюдаем яркие дифракционные спектры нескольких порядков.

Объяснение: Яркость дифракционных спектров зависит от частоты нанесенных на грампластинку бороздок и от величины угла падения лучей. (см. рисунок 12)

Аналогичным образом пронаблюдаем дифракцию на лазерном диске. (см. рисунок 13)

Экспериментальная работа № 7.

“Наблюдение дифракционной окраски насекомых по фотографиям”.

Оборудование: (см рисунки № 14, 15, 16.)

Учитель: Дифракционная окраска птиц, бабочек и жуков весьма распространена в природе. Большое разнообразие в оттенках дифракционных цветов свойственно павлинам, фазанам, черным аистам, колибри, бабочкам. Дифракционную окраску животных изучали не только биологи но и физики .

Учащиеся рассматривают фотографии.

Объяснение: Внешняя поверхность оперения у многих птиц и верхний покров тела бабочек и жуков характеризуются регулярным повторением элементов структуры с преиодом от одного до нескольких микрон, образующих дифракционную решетку . Например, структуру центральных глазков хвостового оперения павлина можно увидеть на рисунке № 14. Цвет глазков меняется в зависимаости от того, как падает на них свет, под каким углом мы на них смотрим.

Контрольные вопросы (каждый ученик получает карточку с заданием – ответить письменно на вопросы):

Что такое свет?
Кем было доказано, что свет – это электромагнитная волна?
Какова скорость света в вакууме?
Кто открыл интерференцию света?
Чем объясняется радужная окраска тонких интерференционных пленок?
Могут ли интерферировать световые волны идущие от двух электрических ламп накаливания? Почему?
Почему толстый слой нефти не имеет радужной окраски?
Зависит ли положение главных дифракционных максимумов от числа щелей решетки?
Почему видимая радужная окраска мыльной пленки все время меняется?

Домашнее задание (по группам, с учетом индивидуальных особенностей учащихся).

– Подготовить сообщение по теме “Парадокс Вавилова”.

– Составить кроссворды с ключевыми словами “интерференция”, “дифракция”.

Литература:

Арабаджи В.И. Дифракционная окраска насекомых / “Квант” №2 1975г.
Волков В.А. Универсальные поурочные разработки по физике. 11 класс. – М.: ВАКО, 2006г.
Козлов С.А. О некоторых оптических свойствах компакт-дисков. / “Физика в школе” №1 2006г.
Компакт-диски / “Физика в школе” №1 2006г.
Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б. Физика: Учеб. для 11 кл. сред. шк. – М.: Просвещение, 2000 г.
Фабрикант В.А. Парадокс Вавилова / “Квант” №2 1971г.
Физика: Учеб. для 11 кл. сред. шк. / Н.М.Шахмаев, С.Н.Шахмаев, Д.Ш.Шодиев. – М.: Просвещение, 1991г.
Физический энциклопедический словарь / “Советская энциклопедия”, 1983г.
Фронтальные лабораторные занятия по физике в 7 – 11 классах обще образовательных учреждений: Кн. для учителя/В.А.Буров, Ю.И.Дик, Б.С.Зворыкин и др.; Под ред. В.А.Бурова, Г.Г.Никифорова. – М.: Просвещение: Учеб. лит., 1996г.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И КУЛЬТУРЫ

ТУЛЬСКОЙ ОБЛАСТИ

государственное образовательное учреждение среднего профессионального образования Тульской области
«Липковский политехнический техникум»

к открытому уроку «Наблюдение интерференции и дифракции света» (лабораторная работа)

Липки, 2012 год

Подготовил преподаватель

Воробьева Е.А. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Лабораторная работа выполняется с помощью компьютерной программы «Виртуальные лабораторные работы по физике 11 класс» (Электронное учебное издание Издательства Дрофа).

С помощью программы на экранах компьютера выводятся результаты экспериментов. Это одна из лабораторных работ, на которых оттачивается умение студентов наблюдать и анализировать увиденное. В ходе выполнения лабораторной работы преследуется выполнение следующих целей:

Учебные:

Обобщить знания по теме «Интерференции и дифракции света»;

Применить теоретические знания для объяснения явлений природы.

Воспитательные:

Способствовать формированию интереса к физике и процессу научного познания;

Способствовать расширению кругозора учащихся, развитию умения делать выводы по результатам эксперимента.

Отчет о данной работе строится по принципу «Наблюдали то-то …». Результаты наблюдений студенты записывают в отчет по лабораторной работе, который приведен в методических рекомендациях по выполнению лабораторных работ для студентов специальности 140118 и 190631. В конце лабораторной работы приведены контрольные вопросы, на которые необходимо ответить для зачета по лабораторной работе. Контроль знаний можно осуществить с помощью компьютерного тестирования или устного ответа студента. При успешном выполнении лабораторной работы выставляется оценка «зачет».

Ход урока:

Часть 1. Актуализация знаний по теме «Интерференция света» (повторение изученного материала)

Преподаватель:

Какое явление называется интерференцией света?
Для каких волн характерно явление интерференции?
Дайте определение когерентных волн.

Студенты: отвечают на вопросы:

Предполагаемые ответы:

Интерференция – явление характерно для волн любой природы: механической и электромагнитных. Интерференцией называют явление, возникающее при наложении двух (или нескольких) световых волн одинакового периода в однородной изотропной среде, в результате чего происходит перераспределение энергии волн в пространстве (1, стр. 344) Возникает усиление или ослабление результирующей волны.
Необходимым условием интерференции волн является их когерентность. (1, с. 345)
Когерентными называются волны, которые имеют одинаковую частоту и постоянная во времени разность фаз.(1, с. 345)

Преподаватель:

Студенты: считают в методических рекомендациях теоретическое обоснование к части 1(Приложение)

Преподаватель: выводит на экран изображение для части 1 п. 3. (Приложение)

Студенты: выполняют пункт 4 методических рекомендаций. Устные объяснения: наблюдаем темные и светлые горизонтальные полосы, изменяющиеся по ширине по мере изменения толщины пленки.

Преподаватель: меняет изображение на экране

Студенты выполняют пункт 5. Предполагаемый ответ Наблюдаем окрашенность светлых полос в спектральные цвета. Верху - синий (фиолетовый), внизу – красный. Такое окрашивание объясняется зависимостью положения светлых полос от длины волн падающего света. Так как белый свет сложный, состоящий из семи цветов.

Преподаватель

Студенты выполняют пункт 6. Предполагаемый ответ: Наблюдаем на верхней и нижней его части образование интерференционных колец, окрашенных в спектральные цвета. Верхний край каждого светлого кольца имеет синий (фиолетовый) цвет, нижний – красный. По мере уменьшения толщины пленки кольца расширяются, перемещаясь вниз под действием силы тяжести.

Преподаватель меняет изображение на экране.

Студенты выполняют пункт 7. Предполагаемый ответ: Наблюдаем в некоторых местах яркие радужные кольцеобразные или замкнутые неправильной формы полосы. Из-за не идеальности формы соприкасающихся поверхностей между пластинками образуются тончайшие воздушные прослойки.

Преподаватель меняет изображение на экране.

Студенты выполняют пункт 8. Предполагаемый ответ: При изменении силы, сжимающей пластинки, расположение и форма полос изменяется. Радужная окраска становится менее заметной, так как уменьшается толщина воздушной прослойки.

Преподаватель меняет изображение на экране.

Студенты выполняют пункт 9. Предполагаемый ответ: Интерференция отраженных световых лучей проявляется особенно наглядно. Видим яркий спектр световых лучей от фиолетового до красного. Яркость зависит от частоты нанесенных бороздок.в

Часть 2. Актуализация знаний по теме «Дифракция света» (повторение изученного материала)

Преподаватель: перед выполнением экспериментальных заданий повторим основной материал:

Какое явление называется дифракцией света?
Условия проявления дифракции.

Студенты: отвечают на вопросы:

Предполагаемые ответы:

Дифракция – явление отклонения волны от прямолинейного распространения при прохождении через малые отверстия и отгибании волной малых препятствий (1, стр. 350).
Условие проявления дифракции: размер препятствия меньше или равен длине волны. Размеры препятствий (отверстий) должны быть меньше или соизмеримы с длиной волны. (1, стр. 351)

Преподаватель: переходим к практической части.

Студенты: читают в методических рекомендациях теоретическое обоснование к части 2. (Приложение)

Преподаватель: выводит на экран изображения для части 2 п. 1. (Приложение)

Студенты: выполняют пункт 1 части 2 методических рекомендаций. Устные объяснения: По обе стороны от нити параллельно ей видны радужные полосы. При уменьшении ширины щели полосы раздвигаются, становятся шире и образуют ясно различимые спектры. Так как препятствия в виде щели штангенциркуля становятся соизмеримы с длиной волны видимого света.

Преподаватель меняет изображение на экране.

Студенты выполняют пункт 2. Предполагаемый ответ: При плавном повороте штангенциркуля вокруг вертикальной оси, радужные полосы раздвигаются и становятся шире, образую ясно различимые спектры.

Преподаватель меняет изображение на экране.

Студенты выполняют пункт 3. Предполагаемый ответ: Получают дифракционную картину, когда светлые и темные полосы располагаются по сторонам нити, а в середине в области геометрической тени наблюдается светлая полоса.

Преподаватель меняет изображение на экране.

Студенты выполняют пункт 4. Предполагаемый ответ: В центре креста виден дифракционный максимум белого света, а в каждой полосе по несколько радужных цветов. Нити в пространстве пересекаются под прямым углом, поэтому получается двухмерная решетка.

Преподаватель: проанализировав наблюдения, необходимо сделать вывод.

Студенты делают вывод. Предполагаемый ответ: В данной лабораторной работе наблюдали и объясняли характерные особенности явлений интерференции и дифракции света.

Преподаватель : для того, чтобы лабораторная работа была зачтена, необходимо ответить на контрольные вопросы в конце лабораторной работы.

Литература:

(стр. 344, 350)
(стр. 416, 420, 425)

Приложение

Лабораторная работа № 11

Наблюдение интерференции и дифракции света

Цель работы: изучить характерные особенности интерференции и дифракции света.

Часть I

Наблюдение интерференции света

Оборудование: 1) спички, 2) спиртовка, 3) комочек ваты на проволоке в пробирке, смоченный раствором хлорида натрия, 4) проволочное кольцо с ручкой, 5) стакан с раствором мыла, 6) трубка стеклянная, 7) пластинки стеклянные - 2 шт., 8) CD-диск.

Теоретическое обоснование.

Необходимое оборудование для наблюдения интерференции света на мыльной пленке представлено на рисунке 1. Для наблюдения интерференции при монохроматическом излучении в пламя спиртовки вносят комочек ваты, смоченной раствором хлорида натрия. При этом пламя окрашивается в желтый цвет. Опуская проволочное кольцо 4 в раствор мыла 5, получают мыльную пленку, располагают ее вертикально и рассматривают на темном фоне при освещении желтым светом спиртовки. Наблюдают образование темных и желтых горизонтальных полос (рисунок 2) и изменение их ширины по мере уменьшения толщины пленки.

В тех местах пленки, где разность хода когерентных лучей равна четному числу полуволн, наблюдаются светлые полосы, а при нечетном числе полуволн - темные полосы.

При освещении пленки белым светом (от окна или лампы) возникает окрашивание светлых полос: вверху - в синий цвет, внизу - в красный. С помощью стеклянной трубки 6 на поверхности мыльного раствора выдувают небольшой мыльный пузырь. При освещении его белым светом наблюдают образование цветных интерференционных колец. По мере уменьшения толщины пленки кольца, расширяясь, перемещаются вниз.

Интерференция наблюдается и при рассмотрении контактной поверхности двух сжатых друг с другом стеклянных пластинок 7.

Из-за не идеальности формы соприкасающихся поверхностей между пластинками образуются тончайшие воздушные прослойки, дающие яркие радужные кольцеобразные или замкнутые неправильной формы полосы.

При изменении силы, сжимающей пластинки, расположение и форма полос изменяются как в отраженном, так и в проходящем свете.

Особенно наглядно явление интерференции отраженных световых лучей наблюдается при рассмотрении поверхности CD-диска.

Часть II

Наблюдение дифракции света

Оборудование : 1) штангенциркуль, 2) лампа с прямой нитью накала, 3) рамка картонная с вырезом, в котором натянута проволока диаметром 0,1-0,3 мм, 4) капроновая ткань черного цвета.

Теоретическое обоснование

Дифракция света проявляется в нарушении прямолинейности распространения световых лучей, огибании светом препятствий, в проникновении света в область геометрической тени. Пространственное распределение интенсивности света за неоднородностью среды характеризует дифракционную картину.

В качестве неоднородности среды в работе используют щель между губками штангенциркуля. Сквозь эту щель смотрят на вертикально расположенную нить горящей лампы. При этом по обе стороны от нити, параллельно ей, видны радужные полосы. При уменьшении ширины щели полосы раздвигаются, становятся шире и образуют ясно различимые спектры. Этот эффект наблюдается особенно хорошо при плавном повороте штангенциркуля вокруг вертикальной оси.

Другую дифракционную картину наблюдают на тонкой нити. Рамку с нитью располагают на фоне горящей лампы параллельно нити накала (рисунок) Удаляя и приближая рамку к глазу, получают дифракционную картину, когда светлые и темные полосы располагаются по сторонам нити, а в середине, в области ее геометрической тени, наблюдается светлая полоса (рисунок).

На капроновой ткани можно наблюдать дифракционную картину. В капроновой ткани имеется два выделенных взаимно перпендикулярных направления. Поворачивая ткань вокруг оси, смотрят сквозь ткань на нить горящей лампы, добиваясь четкой дифракционной картины в виде двух скрещенных под прямым углом дифракционных полос (дифракционный крест). В центре креста виден дифракционный максимум белого цвета, а в каждой полосе - по нескольку цветов.

Порядок выполнения работы

Часть I

1. Зажгите спиртовку.

2. Внесите в пламя комочек ваты, смоченной раствором хлорида натрия.

3. Опустите проволочное кольцо в раствор мыла для получения мыльной пленки.

4. Зарисуйте интерференционную картину, полученную на пленке при освещении желтым светом спиртовки.

5. Объясните порядок чередования цветов на интерференционной картине при освещении пленки белым светом.

6. Выдуйте с помощью стеклянной трубки небольшой мыльный пузырь на поверхности мыльного раствора. Объясните причину перемещения интерференционных колец вниз.

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

7. Опишите интерференционную картину, наблюдаемую от двух сжатых стеклянных пластинок.

8. Как изменяется наблюдаемая картина при увеличении силы, сжимающей пластинки вместе?

9. Опишите интерференционную картину при освещении CD-диска.

Часть II

1. Зарисуйте две дифракционные картины, наблюдаемые при рассмотрении нити горящей лампы через щель штангенциркуля (при ширине щели 0,05 и 0,8 мм).

а = 0,05 мм а = 0,8 мм

2. Опишите изменение характера интерференционной картины при плавном повороте штангенциркуля вокруг вертикальной оси (а = 0,8 мм).

3. Рамку с нитью расположите на фоне горящей лампы параллельно нити накала (см. рис. 3). Перемещая рамку относительно глаза, добейтесь того, чтобы в середине, в области геометрической тени нити, наблюдалась светлая полоса. Зарисуйте дифракционную картину, наблюдаемую за тонкой нитью.

4. Посмотрите сквозь черную капроновую ткань на нить горящей лампы. Поворачивая ткань вокруг оси, добейтесь четкой дифракционной картины в виде двух скрещенных под прямым углом дифракционных полос. Зарисуйте наблюдаемый дифракционный крест, опишите его.

Вывод :

Контрольные вопросы:

Что называют интерференцией света?
Какие волны называют когерентными?
Сформулируйте условие максимумов и минимумов интерференции.
Что называют дифракцией света?

Литература:

Дмитриева В.Ф. Физика для профессий специальностей технического профиля: учебник для образовательных учреждений среднего профессионального образования – М.: Издательский центр «Академия», 2010. – 448 с. (стр. 344, 350)
Пинский А.А., Грановский Г.Ю. Физика: Учебник / Под общ. ред. Ю.И. Дика, Н.С. Пурышевой. – 2-е изд., испр. – М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2005. – 560 с.: ил. – (Профессиональное образование) (стр. 416, 420, 425)

Тема: Наблюдение явлений интерференции и дифракции света.

Цель работы: экспериментально изучить явление интерференции и дифракции.

Оборудование:

стаканы с раствором мыла;
кольцо проволочное с ручкой;
капроновая ткань;
компакт-диск;
лампа накаливания;
штангенциркуль;
две стеклянные пластины;
лезвие;
пинцет;
капроновая ткань.

Теоретическая часть

Интерференция – явление характерное для волн любой природы: механических, электромагнитных. Интерференция волн – сложение в пространстве двух (или нескольких) волн, при котором в разных его точках получается усиление или ослабление результирующей волны. Для образования устойчивой интерференционной картины необходимы когерентные (согласованные) источники волн. Когерентными называются волны, имеющие одинаковую частоту и постоянную разность фаз.

Условия максимумов Δd = ± kλ , условия минимумов, Δd = ± (2k + 1)λ/2 где k=0; ± 1; ± 2; ± 3;... (разность хода волн равна четному числу полуволн

Интерференционная картина – регулярное чередование областей повышенной и пониженной интенсивности света. Интерференция света – пространственное перераспределение энергии светового излучения при наложении двух или нескольких световых волн. Следовательно, в явлениях интерференции и дифракции света соблюдается закон сохранения энергии. В области интерференции световая энергия только перераспределяется, не превращаясь в другие виды энергии. Возрастание энергии в некоторых точках интерференционной картины относительно суммарной световой энергии компенсируется уменьшением её в других точках (суммарная световая энергия – это световая энергия двух световых пучков от независимых источников).
Светлые полоски соответствуют максимумам энергии, темные – минимумам.

Дифракция – явление отклонения волны от прямолинейного распространения при прохождении через малые отверстия и огибании волной малых препятствий. Условие проявления дифракции: d < λ, где d – размер препятствия, λ - длина волны. Размеры препятствий (отверстий) должны быть меньше или соизмеримы с длиной волны. Существование этого явления (дифракции) ограничивает область применения законов геометрической оптики и является причиной предела разрешающей способности оптических приборов. Дифракционная решетка – оптический прибор, представляющий собой периодическую структуру из большого числа регулярно расположенных элементов, на которых происходит дифракция света. Штрихи с определенным и постоянным для данной дифракционной решетки профилем повторяются через одинаковый промежуток d (период решетки). Способность дифракционной решетки раскладывать падающий на нее пучёк света по длинам волн является ее основным свойством. Различают отражательные и прозрачные дифракционные решетки. В современных приборах применяют в основном отражательные дифракционные решетки. Условие наблюдения дифракционного максимума: d sin(φ) = ± kλ

Указания к работе

1. Опустите проволочную рамку в мыльный раствор. Пронаблюдайте и зарисуйте интерференционную картину в мыльной пленке. При освещении пленки белым светом (от окна или лампы) возникает окрашивание светлых полос: вверху – синий цвет, внизу – в красный цвет. С помощью стеклянной трубки выдуйте мыльный пузырь. Пронаблюдайте за ним. При освещении его белым светом наблюдают образование цветных интерференционных колец. По мере уменьшения толщины пленки кольца, расширяясь, перемещаются вниз.

Ответьте на вопросы:

Почему мыльные пузыри имеют радужную окраску?
Какую форму имеют радужные полосы?
Почему окраска пузыря все время меняется?

2. Тщательно протрите стеклянные пластинки, сложите их вместе и сожмите пальцами. Из-за неидеальности формы соприкасающихся поверхностей между пластинками образуются тончайшие воздушные пустоты, дающие яркие радужные кольцеобразные или замкнутые неправильной формы полосы. При изменении силы, сжимающей пластинки, расположение и форма полос изменяются как в отраженном, так и в проходящем свете. Зарисуйте увиденные вами картинки.

Ответьте на вопросы:

Почему в отдельных местах соприкосновения пластин наблюдаются яркие радужные кольцеобразные или неправильной формы полосы?
Почему с изменением нажима изменяются форма и расположение полученных интерференционных полос?

3. Положите горизонтально на уровне глаз компакт-диск. Что вы наблюдаете? Объясните наблюдаемые явления. Опишите интерференционную картину.

4. Посмотрите сквозь капроновую ткань на нить горящей лампы. Поворачивая ткань вокруг оси, добейтесь четкой дифракционной картины в виде двух скрещенных под прямым углом дифракционных полос. Зарисуйте наблюдаемый дифракционный крест.

5. Пронаблюдайте две дифракционные картины при рассмотрении нити горящей лампы через щель, образованную губками штангенциркуля (при ширине щели 0,05 мм и 0,8 мм). Опишите изменение характера интерференционной картины при плавном повороте штангенциркуля вокруг вертикальной оси (при ширине щели 0,8 мм). Этот опыт повторите с двумя лезвиями, прижав их друг к другу. Опишите характер интерференционной картины

Запишите выводы. Укажите, в каких из проделанных вами опытов наблюдалось явление интерференции? дифракции?