เหตุใดจึงมีการรบกวนในสารละลายสบู่? การสังเกตการรบกวนและการเลี้ยวเบนของแสง

การสังเกตตัวอย่าง: แนวคิด ประเภท ข้อผิดพลาดในการสุ่มตัวอย่าง การประเมินผลลัพธ์ ตัวอย่างการแก้ปัญหา

D) ความคุ้มครองเด็กที่ป่วยโดยสมบูรณ์ด้วยการสังเกตการจ่ายยา

การสังเกตและการควบคุมแบบไดนามิก การป้องกันการกลับมาสูบบุหรี่อีกครั้ง

การเลี้ยวเบนของแสง การเลี้ยวเบนของฟรอนโฮเฟอร์โดยตะแกรงเลี้ยวเบน

1. วัตถุประสงค์ของงาน: เพื่อศึกษา ลักษณะเฉพาะการรบกวนและการเลี้ยวเบนของแสง

2. วรรณกรรม:

2.1. Kasyanov V.A. ฟิสิกส์. ชั้นประถมศึกษาปีที่ 11: หนังสือเรียนเพื่อการศึกษาทั่วไป สถาบันการศึกษา. – ม., 2546. ย่อหน้า 44, 45, 47.

2.2. บรรยายพิเศษเรื่อง “ฟิสิกส์”

3. การเตรียมงาน:

3.1. ตอบคำถามทดสอบตัวเองเพื่อขออนุญาตทำงาน:

3.1.1. ปรากฏการณ์ใดเรียกว่าการรบกวน?

3.1.2. คลื่นใดที่เรียกว่าสอดคล้องกัน? ตั้งชื่อวิธีการรับแหล่งกำเนิดคลื่นที่สอดคล้องกัน

3.1.3. ปรากฏการณ์ใดเรียกว่าการเลี้ยวเบน?

3.1.4. กำหนดหลักการ Huygens–Fresnel หรือไม่

3.2. จัดทำแบบรายงานตามวรรค 6

4. รายการ อุปกรณ์ที่จำเป็น:

4.2. ฉบับอิเล็กทรอนิกส์“ งานห้องปฏิบัติการในวิชาฟิสิกส์เกรด 10-11”: Bustard, 2548 งานห้องปฏิบัติการหมายเลข 12

5. สั่งงาน:

เปิดพีซี จัดทำห้องปฏิบัติการหมายเลข 12 พิจารณาอุปกรณ์ในการทำการทดลอง (รูปที่ 1)

5.2. จุดตะเกียงแอลกอฮอล์ (2) นำไปตั้งไฟ ก้อนสำลี (3) ชุบสารละลายโซเดียมคลอไรด์

5.3. จุ่มวงแหวนลวดลงในสารละลายสบู่เพื่อสร้างฟิล์มสบู่

5.4. ร่างรูปแบบการรบกวนที่ได้รับบนฟิล์มเมื่อส่องสว่างด้วยแสงสีเหลืองจากตะเกียงวิญญาณ (รูปที่ 2) อธิบายลำดับการหมุนเวียน สีในรูปแบบการรบกวนเมื่อฟิล์มส่องสว่างด้วยแสงสีขาว

5.5. ใช้หลอดแก้วเป่าฟองสบู่เล็กๆ บนพื้นผิวของสารละลายสบู่ อธิบายสาเหตุของการเคลื่อนที่ลงของวงแหวนรบกวน

5.6. อธิบายรูปแบบการรบกวนที่สังเกตได้จากแผ่นกระจกที่ถูกบีบอัดสองแผ่น รูปแบบที่สังเกตได้เปลี่ยนแปลงไปอย่างไรเมื่อแรงกดแผ่นเข้าด้วยกันเพิ่มขึ้น

5.7. อธิบายรูปแบบการรบกวนเมื่อแผ่นซีดีสว่างขึ้น วาดรูปแบบการเลี้ยวเบนสองรูปแบบที่สังเกตได้เมื่อดูเส้นใยของหลอดไฟที่กำลังลุกไหม้ผ่านร่องของคาลิปเปอร์ (ที่มีความกว้างร่อง 0.05 และ 0.8 มม.) อธิบายการเปลี่ยนแปลงในลักษณะของรูปแบบการรบกวนเมื่อหมุนคาลิปเปอร์อย่างนุ่มนวลรอบแกนแนวตั้งด้วยความกว้างของรอยตัด 0.8 มม. วางเฟรมที่มีไส้หลอดกับพื้นหลังของโคมไฟที่ลุกไหม้ขนานกับไส้หลอด (รูปที่ 3) โดยการขยับกรอบให้สัมพันธ์กับดวงตา ให้แน่ใจว่ามีแถบสีอ่อนปรากฏขึ้นตรงกลางบริเวณเงาเรขาคณิตของด้าย ร่างรูปแบบการเลี้ยวเบนที่สังเกตได้ด้านหลังเส้นใยบางๆ

5.8. มองผ่านผ้าไนลอนสีดำตรงเส้นใยของตะเกียงที่กำลังลุกไหม้ ด้วยการหมุนผ้ารอบแกน ทำให้เกิดรูปแบบการเลี้ยวเบนที่ชัดเจนในรูปแบบของแถบการเลี้ยวเบนสองแถบที่ตัดกันเป็นมุมฉาก วาดกากบาทการเลี้ยวเบนที่สังเกตได้แล้วอธิบาย

6.1. หมายเลขและชื่อเรื่องของงาน

6.2. เป้าหมายของการทำงาน

6.3. การวาดรูปแบบการรบกวน (รูปที่ 2) และคำอธิบาย

6.4. คำอธิบายรูปแบบการรบกวนบนพื้นผิวของฟองสบู่

6.5. การวาดรูปแบบการรบกวนที่สังเกตได้จากแผ่นกระจกที่ถูกบีบอัดสองแผ่น คำอธิบายการเปลี่ยนแปลงระหว่างการอัดเพลต

6.6. คำอธิบายรูปแบบการรบกวนเมื่อส่องสว่างซีดี

6.7. ภาพของรูปแบบการเลี้ยวเบนสองรูปแบบที่ช่อง 0.05 และ 0.8 มม. อธิบายการเปลี่ยนแปลงเมื่อมีการหมุนสลิตรอบแกนแนวตั้งอย่างราบรื่น

6.8. การวาดรูปแบบการเลี้ยวเบนบนด้ายเส้นเล็ก

6.9. การวาดรูปแบบการเลี้ยวเบนบนด้ายไนลอน การเลี้ยวเบนข้าม

งานห้องปฏิบัติการหมายเลข 13

16. การเลี้ยวเบนของแสง หลักการของฮอยเกนส์-เฟรสเนล การเลี้ยวเบนของเฟรสเนลและฟรอนโฮเฟอร์ ตะแกรงเลี้ยวเบน การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์

การเลี้ยวเบนของคลื่นแสงประกอบด้วยคลื่นที่โค้งงอรอบสิ่งกีดขวาง สิ่งกีดขวางที่มีรูปร่างต่างกัน และคลื่นเข้าสู่บริเวณเงา ผลของการเลี้ยวเบนของคลื่นจะเด่นชัดเมื่อ

ขนาดของสิ่งกีดขวางที่เกินความยาวคลื่นกลายเป็น

สมส่วนกับความยาวคลื่น อย่างไรก็ตาม ปรากฏการณ์การเลี้ยวเบนของแสง

สังเกตได้จากวัตถุขนาดใหญ่ แต่ในกรณีนี้ จำเป็น

ถอดหน้าจอเฝ้าระวังในระยะทางไกล

ในสภาพห้องปฏิบัติการ การเลี้ยวเบนจะดำเนินการตามลำดับที่ 1 ม.

และตรวจพบเอฟเฟกต์ที่เด่นชัดด้วยขนาดสิ่งกีดขวาง d = 1 มม. หรือน้อยกว่า

ปรากฏการณ์การเลี้ยวเบนของแสงสามารถแสดงได้ในเชิงคุณภาพตามหลักการของฮอยเกนส์ (kts 17c)

หลักการของฮอยเกนส์ ขอให้เรามีแหล่งแห่งแสงสว่าง แต่ละจุดบนหน้าคลื่นแสดงถึง

แหล่งกำเนิดองค์ประกอบของคลื่นทุติยภูมิ หน้าคลื่นในช่วงเวลาถัดไปจะให้ขอบเขตของคลื่นรอง

หลักการของฮอยเกนส์-เฟรสเนล: แต่ละจุดของหน้าคลื่นคือแหล่งกำเนิดคลื่นทุติยภูมิเบื้องต้น การรบกวนของคลื่นทุติยภูมิจะกำหนดความสว่าง ณ จุดที่กำหนดบนหน้าจอการสังเกต

อย่างไรก็ตาม หลักการของไฮเกนส์ไม่อนุญาตให้เรากำหนดความเข้มของแสงที่มาจากสิ่งกีดขวางได้ ในทิศทางนี้ดังนั้นการแก้ปัญหาการเลี้ยวเบนของแสงจึงเป็นเพียงเชิงคุณภาพเท่านั้น เฟรสเนลเสริมหลักการของไฮเกนส์ด้วยหลักการรบกวนของแสง

ให้เราแสดงความสว่าง ณ จุดที่กำหนดบนหน้าจอการสังเกตตาม หลักการ GFเพื่อหน้าเวฟฟรี

ให้เราเขียนแอมพลิจูดของอิทธิพลเบื้องต้นที่จุด O:
(1)

- ความกว้างของการแกว่งที่เล็ดลอดออกมาจากพื้นผิวหน้าคลื่นด้วยพื้นที่ 1 ม. 2

- แอมพลิจูดของการสั่นที่เล็ดลอดออกมาจากส่วนพื้นฐานของหน้าคลื่นพร้อมพื้นที่

มาเขียนการสั่นสะเทือนกัน:


(1ก)

ในการกำหนดขนาดของผลกระทบของหน้าคลื่นทั้งหมดที่จุดที่กำหนด จำเป็นต้องคำนึงถึงการรบกวนของคลื่นทุติยภูมิตามเฟรสเนล กล่าวอีกนัยหนึ่ง จำเป็นต้องรวมปัจจัยสุดท้ายไว้เหนือพื้นผิวทั้งหมด
(2)

การคำนวณโดยใช้สูตร (2) มักเป็นงานที่ยาก ต่อมาเฟรสเนลได้พัฒนาวิธีการที่เรียกว่าวิธีเฟรสเนลโซน ซึ่งทำให้สามารถระบุปัญหาต่างๆ ได้อย่างค่อนข้างง่ายดาย การส่องสว่างโดยไม่ต้องพึ่งบูรณาการที่ซับซ้อนสาระสำคัญของวิธีการคือพื้นผิวหน้าคลื่นไม่ได้แบ่งออกเป็นส่วนเล็ก ๆ

ดี การเลี้ยวเบนของลำแสงที่มาบรรจบกัน (Fresnel diffraction)

ลองพิจารณาการจัดเรียงที่มีแหล่งกำเนิดแสงแบบจุด หน้าจอการสังเกต และระหว่างนั้นจะมีวัตถุการเลี้ยวเบนในรูปแบบโปร่งใส

หน้าจอมีรู ลองใช้วิธีโซนเฟรสเนล

ลองใช้หลักการของฮอยเกนส์-เฟรสเนล

ใน t.O - ผลของการเลี้ยวเบนในการบรรจบกันของรังสี

การเลี้ยวเบนในคานคู่ขนาน (การเลี้ยวเบนของ Fraunhofer)

Fraunhofer (เยอรมัน ครึ่งแรกศตวรรษที่ 19)

หลังจากผ่านวัตถุการเลี้ยวเบนรังสีแล้ว

วิ่งขนานกัน

.ความหมายทางกายภาพของหลักการไฮเกนส์-เฟรสเนล การหามาตามกฎของทัศนศาสตร์เชิงเรขาคณิต

ตามคำกล่าวของไฮเกนส์ แสงก็คือคลื่น (การกำหนดหลักการของฮอยเกนส์)

ที่มาของกฎการหักเหตามมัน

ปัญหาเรื่องการเลี้ยวเบนใน //-รังสี

ภารกิจคือการคำนวณการกระจายแสง

รูปแบบการเลี้ยวเบนในระนาบหน้าจอ E (ในโฟกัส

ระนาบเลนส์ L) ตามหลักการ G-F

แถบระดับประถมศึกษา dX จาก X=0 ถึง X=b มาถึงที่

ตามอำเภอใจ อินเตอร์ฟ ปธน. เป็นผลรวม

อิทธิพลเบื้องต้นดังกล่าวทั้งหมดโดยคำนึงถึงความสัมพันธ์ในระยะต่างๆ เมื่อคำนวณเราจะ

คำนึงถึงความแตกต่างของเฟสของการแกว่งที่เข้ามา

วี T.O ถูกกำหนดโดยความแตกต่างในเส้นทางการแกว่งขององค์ประกอบต่างๆ และความแตกต่างของเส้นทางนั้นง่ายดาย

แสดงผ่านมุมการเลี้ยวเบน ψ จากระนาบ AC ตั้งฉากกับลำแสง

รังสีที่หักเห, รังสีจาก สถานที่ที่แตกต่างกันถึง t.O มีเส้นทางเรขาคณิตที่แตกต่างกัน

แต่เส้นทางแสงเดียวกัน ที่. ความต่างของระยะชักจะพิจารณาจากความต่างของระยะห่างจาก

ระนาบของสล็อตไปยังระนาบ AC

-ความกว้างของการสั่นสะเทือนที่เล็ดลอดออกมาจากความกว้างทั้งหมดของช่อง

- ความกว้างของการสั่น, ช่องขาออก, ความกว้างของหน่วย

- ความกว้างของการสั่นที่เล็ดลอดออกมาจากความกว้างของช่องเล็ก ๆ (dx)

- การสั่นสะเทือนเบื้องต้นมาถึงจุด O จากองค์ประกอบ dx

. (7)

ความเข้มของลำแสงและการส่องสว่างที่จุดหรือพลังงานที่นำมาถึงจุดนี้จะเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของแอมพลิจูด:

(8)
(8ก)

ให้เราอธิบายการกระจาย (8) และ (8a) แบบกราฟิก:

จากการคำนวณการกระจายแสงบนหน้าจอดังนี้

E แสดงถึงค่าสูงสุดหลักของการส่องสว่างที่มากขึ้น

และระบบรองที่อ่อนแอติดกัน

สูงสุดคั่นด้วยความสว่างขั้นต่ำเป็นศูนย์

ให้เรากำหนดเงื่อนไขสำหรับค่าต่ำสุดและค่าสูงสุดรอง เพื่อสร้างขั้นต่ำ

จำเป็นที่ตัวเศษในสูตร (7) และ (8) จะต้องเปลี่ยนเป็นศูนย์โดยที่ตัวส่วนไม่เท่ากับศูนย์

ถ้า:
-การส่องสว่างเป็นศูนย์ขั้นต่ำแล้วตัวเศษเท่ากับศูนย์และตัวส่วนไม่เท่ากับ 0
(9)- ขั้นต่ำk=1, 2, 3,...

ถ้า:
-ความคิดฟุ้งซ่านรองแล้วตัวเศษ (8) เท่ากับ 1
(10)-ค่าสูงสุดรอง=1, 2, 3,... ในค่าสูงสุดรอง

สูตร (11)

ผลลัพธ์ทั้งหมดสามารถยืนยันได้โดยใช้วิธีไดอะแกรมเวกเตอร์ ซึ่งก่อให้เกิดปัญหาหลายประการ

ตะแกรงเลี้ยวเบน

ตะแกรงเลี้ยวเบนเป็นอุปกรณ์สเปกตรัมสมัยใหม่คุณภาพสูงโดยสมบูรณ์ ลักษณะตะแกรงเลี้ยวเบน:

- ภูมิภาคการกระจายตัวฟรี
-ขีดจำกัดความละเอียดสเปกตรัม, กำลังการแยกสเปกตรัม R,
- รูรับแสงของอุปกรณ์
-

การกระจายตัวเชิงมุม

ทฤษฎีความแตกต่าง เราจะพิจารณาโปรยโดยใช้วิธีการเหนี่ยวนำ ด้วยเหตุผลของเราเราจะเพิ่มจำนวนช่องตะแกรงและสังเกตผลของการเพิ่มขึ้นดังกล่าวต่อการกระจายตัวของแสงสว่าง นอกจากตะแกรงโปร่งใสที่ใช้กับแก้วหรือแผ่นควอทซ์หลอมแล้ว ตะแกรงสะท้อนแสงยังถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย โดยลายเส้นจะถูกนำไปใช้กับพื้นผิวโลหะ กระจกเงา แบนหรือนูน นูน. ตะแกรงสะท้อนแสงใช้โดยไม่ต้องใช้แก้วหรือเลนส์ควอทซ์ ทำให้สามารถศึกษาสเปกตรัมในพื้นที่ UV ของสเปกตรัมได้ ซึ่งแม้แต่อากาศก็กลายเป็นตัวกลางที่ดูดซับได้ดี

กรณี Rass ของความแตกต่าง จาก 2 ช่องที่เหมือนกัน

ให้: b- ความกว้างของแต่ละช่อง c- ระยะห่างระหว่างช่องm

∆φ เพื่อนบ้าน =0 a ความละเอียด =2a 0 ; ผม=4ผม 0

v. 1: ∆φ เพื่อนบ้าน =π a res =0; ฉัน=0;

t.2:φ เพื่อนบ้าน =2π a ความละเอียด =2a 2 ; ฉัน=4ฉัน 2 ;

เสื้อ3.∆φ เพื่อนบ้าน =3π และ ความละเอียด =0; ฉัน=0;

โวลต์ 4: ∆φ เพื่อนบ้าน =4π a res =2a 4 I=4I 4 ;

จะพิจารณาในลักษณะเดียวกันเมื่อจำนวนกรีดเพิ่มขึ้น 1) เมื่อจำนวนกรีดในขัดแตะเพิ่มขึ้น จุดสูงสุดหลักจะแคบลง ความกว้างของค่าสูงสุดหลักกลายเป็นสัดส่วนกับ 1/N โดย N คือจำนวนรอยกรีด 2) ความเข้มข้นของบท ค่าสูงสุดเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนของ N 2.3) ระหว่างค่าสูงสุดหลักที่อยู่ติดกัน ค่าสูงสุดรองและค่าต่ำสุดจะปรากฏขึ้น จำนวนของค่ารอง สูงสุด=N-2 และ N-1 – ต่ำสุด ในทางปฏิบัติ ตะแกรงถูกใช้โดยจำนวนรอยกรีดคือ 10,000 และแม้แต่ 100,000 ดังนั้นตะแกรงแสงจริงจึงสร้างระบบที่มีความกว้างแคบมากเป็นสัดส่วนกับ 1/N และค่าสูงสุดหลักที่แข็งแกร่งมาก และค่าสูงสุดรองจะสร้างเพียงพื้นหลังที่อ่อนแอ . ให้เราเขียนเงื่อนไข. ค่าสูงสุดหลักสำหรับขัดแตะจริง:

(12)-เงื่อนไข บท สูงสุดจากกริด

(13) ในบรรดาเซตของ min จากโครงตาข่าย ค่าต่ำสุดลำดับที่ 1 ที่อยู่ติดกับเซตหลักเป็นที่สนใจเป็นพิเศษ ถึงสูงสุดนี้

(16) โดยที่ k=0,1,2,...; m=1,2,…N-1.F-la(16) ให้เงื่อนไข ขั้นต่ำจากกริด กำลังพิจารณา

(17)-เงื่อนไข นาทีเข้าจากกริด

พื้นฐาน ความแตกต่างอันศักดิ์สิทธิ์ คอมพ์ขัดแตะ ในการแจกจ่ายปฐมวัย เป็นกลุ่มในบางส่วน เลือกทิศทางเฉพาะของเงื่อนไขที่น่าพอใจหนึ่งร้อยทิศทาง บท สูงสุด (14)

ตะแกรงเป็นตัวปล่อยแสงอีกครั้ง การคำนวณนำไปสู่ฟังก์ชันการกระจายความเข้ม:
(18) โดยที่ I 0 คือความเข้มจากตะแกรงที่มุม ψ=0

- ครึ่งหนึ่งของการเปลี่ยนเฟสจากขอบของกรีดเดียว

- ครึ่งหนึ่งของการเปลี่ยนเฟสจากรังสีข้างเคียง

(18) โดยที่ I 0 คือความเข้มจากตะแกรงที่มุม ψ=0

สูตรตรีโกณมิติสูตรแรก (18) คำนึงถึงอิทธิพลของการเลี้ยวเบนจากสลิตหนึ่ง ส่วนสูตรที่สองคำนึงถึงอิทธิพลของการรบกวนของรังสี N ในค่าสูงสุดหลัก ฟังก์ชันตรีโกณมิติที่ 2 ใน (18a) รับค่าสูงสุดเท่ากับ 1 ในสูตร (18b) ฟังก์ชันตรีโกณมิติที่ 2 f-i ในจุดสูงสุดหลักรับค่า N 2 และ m/y I 0 และ I 01 มีความสัมพันธ์:
ก็ไม่ยากที่จะพิสูจน์ว่าค่าสูงสุด ค่าตรีโกณมิติที่ 2 ฉ-ii เช่น ค่าของมันในพื้นที่ของจุดสูงสุดหลัก:
(14)

ค่าศูนย์ของฟังก์ชันตรีโกณมิติที่ 2 สอดคล้องกับเงื่อนไข
(17) – ค่าต่ำสุด (ศูนย์), k=0,1,2…., m=1,2,3,…, N-1

ทฤษฎีหลักของตะแกรงการเลี้ยวเบนคือเงื่อนไขของค่าสูงสุดหลัก (14) ความสัมพันธ์ที่สำคัญในทฤษฎีตะแกรงการเลี้ยวเบนคือเงื่อนไขของค่าต่ำสุด (17) สังเกตได้ง่ายว่าการแทนที่ (14) ลงในสูตร (18a) นำไปสู่ความจริงที่ว่าทรินิตี้ที่ 2 ปัจจัยที่แน่นอน ความไม่แน่นอน (0/0) หากเราเปิดเผยความไม่แน่นอนนี้ตาม L'Hopital เราจะเห็นว่าอัตราส่วนนี้มีค่าสูงสุดคือ 1 ดังนั้น f-la (14) – เงื่อนไขสูงสุด xia ครบถ้วนตามการแจกแจง (18a) ในทำนองเดียวกัน การแทนที่ (17) ค่าต่ำสุด (ศูนย์) ลงใน (18a) จะทำให้ตัวเศษของตัวประกอบตรีโกณมิติกลายเป็นศูนย์ ในขณะที่ตัวส่วนจะแตกต่างจากศูนย์ กล่าวคือ ความสัมพันธ์ (17) กลับค่าตรีโกณมิติที่ 2 ปัจจัยเป็นศูนย์ F-la (17) เต็มแล้ว

ตาม (18a) การประยุกต์ใช้ความแตกต่าง ตัดสินใจ – เครื่องมือสเปกตรัมอันทรงพลังที่ออกแบบมาสำหรับการวัด

“การสังเกตการเลี้ยวเบนของแสงด้วยช่องแคบ”

อุปกรณ์ : (ซม ภาพวาดหมายเลข 9)

เราเลื่อนแถบเลื่อนของคาลิปเปอร์จนกระทั่งเกิดช่องว่างกว้าง 0.5 มม. ระหว่างขากรรไกร

เราวางส่วนที่เอียงของฟองน้ำไว้ใกล้กับดวงตา (วางคอในแนวตั้ง)

ผ่านช่องว่างนี้ เราจะดูเส้นใยแนวตั้งของตะเกียงที่กำลังลุกไหม้

เราสังเกตเห็นแถบสีรุ้งขนานกับมันทั้งสองด้านของด้าย

เราเปลี่ยนความกว้างของช่องภายใน 0.05 - 0.8 มม. เมื่อเคลื่อนไปยังสลิตที่แคบลง แถบจะแยกออกจากกัน กว้างขึ้น และสร้างสเปกตรัมที่สามารถแยกแยะได้ เมื่อสังเกตผ่านช่องที่กว้างที่สุด แถบจะแคบมากและอยู่ใกล้กัน

นักเรียนวาดภาพที่เห็นในสมุดจด

งานทดลองหมายเลข 5

“การสังเกตการเลี้ยวเบนของแสงบนผ้าไนลอน”

อุปกรณ์:โคมไฟไส้ตรง ผ้าไนลอน ขนาด 100x100มม. (ภาพที่ 10)

เรามองผ่านผ้าไนลอนที่เส้นใยของตะเกียงที่กำลังลุกไหม้

เราสังเกตเห็น "การเลี้ยวเบนข้าม" (ภาพในรูปแบบของแถบเลี้ยวเบนสองแถบที่ตัดกันเป็นมุมฉาก)

นักเรียนวาดภาพที่เห็น (การหักเหของแสง) ลงในสมุดบันทึก

คำอธิบาย: การเลี้ยวเบนสูงสุดจะมองเห็นได้ที่กึ่งกลางของเปลือกโลก สีขาว. ที่ k=0 ความแตกต่างในเส้นทางคลื่นจะเป็นศูนย์ ดังนั้นค่าสูงสุดตรงกลางจึงเป็นสีขาว

ไม้กางเขนเกิดขึ้นเนื่องจากเส้นด้ายของผ้าเป็นตะแกรงเลี้ยวเบนสองอันที่พับเข้าด้วยกันโดยมีรอยกรีดตั้งฉากกัน ลักษณะของสีสเปกตรัมอธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าแสงสีขาวประกอบด้วยคลื่นที่มีความยาวต่างกัน ค่าสูงสุดของการเลี้ยวเบนของแสงสำหรับความยาวคลื่นต่างกันจะได้มาจากที่ต่างๆ

งานทดลองหมายเลข 6

“การสังเกตการเลี้ยวเบนของแสงบนแผ่นเสียงและแผ่นเลเซอร์”

อุปกรณ์:โคมไฟไส้ตรง แผ่นเสียง (ดูรูปที่ 11)

แผ่นเสียงเป็นตะแกรงเลี้ยวเบนที่ดี

เราวางตำแหน่งแผ่นเสียงเพื่อให้ร่องขนานกับไส้หลอดและสังเกตการเลี้ยวเบนของแสงสะท้อน

เราสังเกตเห็นความสดใส สเปกตรัมการเลี้ยวเบนลำดับความสำคัญหลายประการ

คำอธิบาย: ความสว่างของสเปกตรัมการเลี้ยวเบนขึ้นอยู่กับความถี่ของร่องที่ใช้กับบันทึกและมุมตกกระทบของรังสี (ดูรูปที่ 12)

รังสีที่เกือบขนานกันที่ตกกระทบจากไส้หลอดไฟจะสะท้อนจากส่วนนูนที่อยู่ติดกันระหว่างร่องที่จุด A และ B รังสีที่สะท้อนในมุมเท่ากับมุมตกกระทบจะทำให้เกิดภาพของไส้หลอดในรูปของเส้นสีขาว รังสีที่สะท้อนในมุมอื่นๆ จะมีเส้นทางที่แตกต่างกัน ซึ่งเป็นผลมาจากการเพิ่มคลื่น

ให้เราสังเกตการเลี้ยวเบนบนดิสก์เลเซอร์ในลักษณะเดียวกัน (ดูรูปที่ 13)

พื้นผิวของคอมแพ็คดิสก์มีลักษณะเป็นรางเกลียวซึ่งมีระยะพิทช์ที่สมกับความยาวคลื่นของแสงที่มองเห็น ปรากฏการณ์การเลี้ยวเบนและการรบกวนปรากฏบนพื้นผิวที่มีโครงสร้างละเอียด แสงจ้าของแผ่นซีดีมีสีรุ้ง

การเลี้ยวเบนของคลื่นน้ำ

วิธีการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ เป็นระบบเทคนิคและขั้นตอนกิจกรรมที่มุ่งดำเนินการวิจัยเฉพาะด้าน วิทยาศาสตร์ทุกประเภทใช้วิธีวิจัยเฉพาะร่วมกับวิธีการทางวิทยาศาสตร์ทั่วไป เพื่อให้บรรลุเป้าหมายในการศึกษาใดโดยเฉพาะ จึงมีการใช้ระบบวิธีการ ซึ่งเป็นทางเลือกที่ถูกต้องซึ่งจะเพิ่มประสิทธิภาพการศึกษาและเพิ่มประสิทธิภาพ วิธีการวิจัยเชิงทฤษฎีทางจิตวิทยาและการสอน ไปที่การวิเคราะห์กระบวนการศึกษาจริงทางอ้อมและโดยตรง (สาเหตุ, แหล่งที่มาของการพัฒนา, ระบบเงื่อนไขที่รับประกันการทำงานที่มีประสิทธิภาพ) วิธีการเชิงประจักษ์ มีวัตถุประสงค์เพื่อวินิจฉัยและเปลี่ยนแปลงสถานะของวัตถุที่กำลังศึกษา วิธีการวิเคราะห์เชิงปริมาณและเชิงคุณภาพ ช่วยให้คุณสามารถจัดระบบข้อมูลที่ได้รับโดยใช้วิธีการเชิงประจักษ์และสรุปเบื้องต้นเกี่ยวกับการมีอยู่ของความสัมพันธ์ระหว่างเหตุและผลระหว่างปรากฏการณ์ ในสาขาความรู้ด้านมนุษยธรรม ซึ่งรวมถึงการสอน วิธีการวิจัยเชิงคุณภาพซึ่งมาก่อนการเลือกและการประยุกต์ใช้วิธีทางคณิตศาสตร์และสถิติ กำลังแพร่หลายมากขึ้น ช่วยหลีกเลี่ยงการได้รับความรู้ทางวิทยาศาสตร์ด้านเดียว ปรับระดับความเป็นปัจเจกของนักเรียน และยังช่วยให้แน่ใจว่ามีการรับรู้แบบองค์รวมถึงความแตกต่างของพวกเขาในฐานะข้อเท็จจริงและบรรทัดฐานที่เป็นรูปธรรม การรักษาสมดุลระหว่างเชิงปริมาณและเชิงคุณภาพในการศึกษาเฉพาะเจาะจงช่วยให้คุณบรรลุความเป็นวิทยาศาสตร์ที่แท้จริงในการวิเคราะห์เชิงคุณภาพผู้วิจัยสนใจบุคคลไม่เพียง แต่เป็นวัตถุของการศึกษาและแหล่งข้อมูลเท่านั้น แต่ยังเป็นโลกแห่งภาพและประสบการณ์พิเศษอีกด้วย V.V. Kraevsky เน้นย้ำถึงบางส่วนที่ยิ่งใหญ่ที่สุด ลักษณะเฉพาะของวิธีการวิจัยเชิงคุณภาพ: - เครื่องมือวัดได้รับการพัฒนาและทดสอบในระหว่างงานทางวิทยาศาสตร์ มักจะมีความเฉพาะเจาะจง และสะท้อนถึงแนวทางการวิจัยของแต่ละบุคคล - ขั้นตอนการวิจัยแทบจะไม่มีการทำซ้ำในระดับคุณภาพ - การวิเคราะห์ดำเนินการโดยสรุปแนวคิดจากข้อมูลเชิงประจักษ์ที่รวบรวมไว้ การจัดระเบียบข้อมูลมีวัตถุประสงค์เพื่อให้ได้ภาพองค์รวม วิทยาศาสตร์จิตวิทยาและการสอนมีวัตถุประสงค์เพื่อระบุรูปแบบของกระบวนการศึกษาในฐานะที่เป็นวัตถุประสงค์สำหรับกิจกรรมการสอน การเลือกวิธีในการศึกษาเฉพาะเจาะจงเป็นหน้าที่ของนักวิจัย โดยมีวิธีการแก้ไขดังนี้ การบรรยาย.. 2.5. ความสม่ำเสมอเป็นเรื่องของการวิจัยทางวิทยาศาสตร์วิทยาศาสตร์ทุกประเภทศึกษารูปแบบบางประเภทที่มีอยู่อย่างเป็นกลางในพื้นที่แห่งความเป็นจริงที่เลือก ความรู้เกี่ยวกับรูปแบบช่วยให้คุณสามารถจำลองกระบวนการที่เกิดขึ้นในพื้นที่ที่กำหนด คาดการณ์ และออกแบบกิจกรรมที่มีประสิทธิผล (ประสิทธิผล) ในเวลาเดียวกันภายใต้ ความสม่ำเสมอ เป็นที่เข้าใจถึงความสัมพันธ์ระหว่างเหตุและผลที่เกิดขึ้นซ้ำๆ อย่างต่อเนื่องระหว่างปรากฏการณ์ต่างๆ ครูหลายคนคิดว่าตัวเองเป็น "ผู้เชี่ยวชาญ" ในสาขาจิตวิทยา : ต่างก็สื่อสาร แก้ปัญหาทางการศึกษา “เข้าใจ” กัน ฯลฯ ในความเป็นจริง เรากำลังพูดถึงเกี่ยวกับสิ่งที่เรียกว่า "จิตวิทยาในชีวิตประจำวัน"ซึ่งมี ทุกอย่างถูกต้องออก.นักจิตวิทยามืออาชีพหลายคนอาศัยประสบการณ์ทางจิตวิทยาในชีวิตประจำวัน รวมถึงประสบการณ์ของตนเองด้วย ประสบการณ์ชีวิต. แต่ในการวิจัยทางจิตวิทยาและการสอนยังคงจำเป็นต้องแยกแยะ จิตวิทยาวิทยาศาสตร์และจิตวิทยาในชีวิตประจำวัน ยู บี กิปเพนไรเตอร์ ไฮไลท์ ความแตกต่างดังต่อไปนี้ . 1. ความรู้ในชีวิตประจำวันมีความเฉพาะเจาะจง เกี่ยวข้องกับสถานการณ์ชีวิตที่เฉพาะเจาะจง และจิตวิทยาวิทยาศาสตร์มุ่งมั่นเพื่อความรู้ทั่วไปโดยอาศัยการระบุรูปแบบทั่วไปของชีวิตและพฤติกรรมของมนุษย์ 2. ความรู้ในชีวิตประจำวันเป็นธรรมชาติมากกว่าและใน วิทยาศาสตร์จิตวิทยาพยายามหาคำอธิบายที่สมเหตุสมผล ปรากฏการณ์ทางจิตเช่น เพื่อความเข้าใจที่ดีขึ้นและแม้กระทั่งการคาดการณ์ 3. ^ ความรู้ในชีวิตประจำวันถูกถ่ายทอดในรูปแบบที่จำกัดมาก (โดยปากต่อปาก ผ่านจดหมาย ฯลฯ) และ ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ส่งผ่าน - ระบบพิเศษสำหรับบันทึกประสบการณ์สะสมของบุคคล(ผ่านหนังสือ การบรรยาย สะสมในโรงเรียนวิทยาศาสตร์ ฯลฯ) 4. บี ในทางจิตวิทยาในชีวิตประจำวัน ความรู้ได้มาจากการสังเกต การใช้เหตุผล หรือผ่านประสบการณ์ตรงของบุคคลเกี่ยวกับเหตุการณ์บางอย่างใน จิตวิทยาวิทยาศาสตร์ ความรู้ใหม่ ๆ จะได้รับจากการวิจัยและการทดลองพิเศษตลอดจนใน แบบฟอร์มพิเศษการคิดและจินตนาการทางวิทยาศาสตร์ (“การทดลองเชิงจินตภาพ”) 5. ^ จิตวิทยาวิทยาศาสตร์มีข้อเท็จจริงที่กว้างขวาง หลากหลาย และไม่เหมือนใคร ซึ่งตัวแทนของจิตวิทยาในชีวิตประจำวันไม่สามารถเข้าถึงได้. ลักษณะพิเศษของความรู้ทางวิทยาศาสตร์คือความเป็นระบบและความเป็นระเบียบซึ่งช่วยให้นักจิตวิทยามืออาชีพทุกคนสามารถสำรวจความรู้ที่หลากหลายนี้ได้ ^ แต่ในขณะเดียวกันก็ไม่มีใครพูดได้ว่าจิตวิทยาวิทยาศาสตร์จำเป็นต้อง "ดีกว่า" มากกว่าจิตวิทยาในชีวิตประจำวันเนื่องจากในความเป็นจริง พวกเขาเติมเต็มซึ่งกันและกัน” ในด้านจิตวิทยา การค้นหารูปแบบทั่วไปนั้นแตกต่างกันไปตามข้อมูลทั่วไปทางวิทยาศาสตร์ที่ได้รับ ลักษณะทางจิตวิทยาของแต่ละบุคคลมีคุณค่าเป็นข้อเท็จจริงสำหรับข้อสรุปทั่วไปเกี่ยวกับรูปแบบของจิตวิทยาพัฒนาการ จิตวิทยาการศึกษา จิตวิทยาบุคลิกภาพและความแตกต่างระหว่างบุคคล และจิตวิทยาสังคม ในกิจกรรมการศึกษา มักระบุรูปแบบทางจิตวิทยาทั่วไปต่อไปนี้: - การเรียนรู้นำไปสู่การพัฒนา- การพัฒนาสัมพันธ์กับการก่อตัว เป็นธรรมชาติ และ การทำงานของจิตที่สูงขึ้น (การท่องจำเชิงตรรกะ, การคิดอย่างมีจุดมุ่งหมาย, จินตนาการที่สร้างสรรค์, ความเด็ดขาดของกระบวนการทางจิต); - - ขยายขอบเขตความรู้และทักษะในปัจจุบันของเด็กมอบให้โดยผู้ใหญ่ที่มีความสามารถ (ครูและผู้ปกครอง) ผ่าน โซนของการพัฒนาที่ใกล้เคียง- โดยคำนึงถึงลักษณะทางจิตวิทยาที่เกี่ยวข้องกับอายุของนักเรียนนั้นดำเนินการผ่านความเข้าใจของรัฐของครู สถานการณ์ทางสังคม พัฒนาการของเด็ก โอกาสในการเป็น กิจกรรมชั้นนำ เนื้องอกทางจิตที่เกี่ยวข้องกับอายุ - กิจกรรมการศึกษาเกิดขึ้นบนพื้นฐานของความสมบูรณ์ของการพัฒนากิจกรรมชั้นนำในช่วงอายุก่อนหน้า(กิจกรรมเกม) และการพัฒนาที่มีประสิทธิภาพวางรากฐานสำหรับการพัฒนากิจกรรมที่ตามมา (กิจกรรมการสื่อสาร) - พื้นฐานสำหรับประสิทธิผลของการเรียนรู้ของนักเรียน กิจกรรมการศึกษา- นี้ งานการศึกษา ซึ่งแก้ไขได้โดย การสร้างการกระทำทางจิตอย่างค่อยเป็นค่อยไป - มีประสิทธิภาพ ปฏิสัมพันธ์ ในกิจกรรมการสื่อสารระหว่างครูและนักเรียนถือว่าจำเป็นต้องสร้าง ความสัมพันธ์ที่เกี่ยวข้องที่กำหนดความเป็นไปได้ของอิทธิพลซึ่งกันและกันและความเข้าใจร่วมกัน. ในการเรียนการสอน มีการระบุและสร้างการเชื่อมต่อปกติทั่วไปจำนวนหนึ่งที่มีอยู่ในกิจกรรมการสอน V.V. Kraevsky ระบุสิ่งต่อไปนี้: - ความเชี่ยวชาญโดยคนรุ่นใหม่ในประสบการณ์ทางสังคมของคนรุ่นเก่า (พวกเขาหันไปหามันทุกครั้งที่มาถึง) วิทยาศาสตร์การสอนและวัตถุของมัน); - สาระสำคัญทางสังคมของการศึกษาเงื่อนไขขององค์ประกอบทั้งหมดโดยสถานะทางเศรษฐกิจและสังคมของสังคม - ปฏิสัมพันธ์ระหว่างครูกับนักเรียน นักการศึกษาและนักเรียนในกระบวนการศึกษา โดยที่กระบวนการนี้ไม่สามารถดำรงอยู่ได้ - ความสามัคคีของเนื้อหาและขั้นตอนการเรียนรู้ ในการเรียนการสอน รูปแบบดำเนินไปอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้เช่นเดียวกับในธรรมชาติ. และมีลักษณะวัตถุประสงค์เดียวกันนั่นคือ ไม่ขึ้นอยู่กับเจตจำนงของคนเฉพาะเจาะจง อย่างไรก็ตาม เช่นเดียวกับกฎแห่งธรรมชาติ กฎการสอนไม่มีอันตรายถึงชีวิต การคำนึงถึงกฎเหล่านั้นไม่ได้หมายถึงการยอมจำนน ตัวอย่างเช่น ขอให้เราระลึกถึงความหลีกเลี่ยงไม่ได้ของกฎแรงโน้มถ่วงสากล ท่านอาจไม่รู้จักเขาหรือดูหมิ่นเขา แต่ถ้าท่านสะดุด ท่านก็จะล้มลง อย่างไรก็ตาม มันเป็นความเข้าใจในกฎหมายนี้ว่าเครื่องบินได้รับการพัฒนา การทำความเข้าใจกฎของอุทกน้ำและอากาศพลศาสตร์ทำให้กะลาสีเรือแล่นทวนลมได้ อีกด้วย การทำความเข้าใจรูปแบบการสอนทำให้คุณสามารถเพิ่มประสิทธิภาพกิจกรรมของครู นักการศึกษา และผู้นำโรงเรียนได้. คุณมักจะได้ยินว่า “ชีวิตให้ความรู้ ทำให้ทุกสิ่งเข้าที่ และถ้าการศึกษาขัดแย้งกับชีวิตรอบข้าง มันก็ไร้ผล ชีวิตย่อมชนะเสมอ” แต่เป็นที่ทราบกันดีว่าตัวอย่างเช่นในครอบครัวเดียวกัน (นั่นคือในสถานการณ์เดียวกัน "ในชีวิตเดียวกัน") เด็กที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิงจะเติบโตขึ้นมา การดูดซึมประสบการณ์ไม่ได้เกิดขึ้นอย่างเฉยเมย โดยผ่านการยอมจำนนต่อประเพณี มันเกิดขึ้นในความเข้าใจในประสบการณ์นี้ ในการพัฒนาทัศนคติของตัวเองต่อประสบการณ์นั้น ในปฏิสัมพันธ์ของผู้ใหญ่กับเด็ก ครูและนักเรียน หากคุณช่วยนักเรียนพัฒนาทัศนคติที่สร้างสรรค์ คุณสามารถช่วยให้เขาประสบความสำเร็จได้แม้ในสภาพแวดล้อมที่ไม่เป็นมิตร

วัตถุประสงค์ของบทเรียน:

• สรุปความรู้ในหัวข้อ “การรบกวนและการเลี้ยวเบนของแสง”
• พัฒนาทักษะการทดลองของนักเรียนต่อไป
• นำมาใช้ ความรู้ทางทฤษฎีอธิบายปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ
• ส่งเสริมความสนใจในฟิสิกส์และกระบวนการ ความรู้ทางวิทยาศาสตร์;
• ช่วยในการขยายขอบเขตอันไกลโพ้นของนักเรียนพัฒนาความสามารถในการสรุปผลตามผลการทดลอง

อุปกรณ์:

• หลอดไส้ตรง (หนึ่งหลอดต่อชั้น);
• วงแหวนลวดพร้อมที่จับ (งานหมายเลข 1, 2)
• แก้วพร้อมสารละลายสบู่ (ผลงานหมายเลข 1, 2)
• แผ่นกระจก (40 x 60 มม.) 2 ชิ้นต่อชุด (งานหมายเลข 3) (อุปกรณ์โฮมเมด);
• คาลิปเปอร์ (งานหมายเลข 4);
• ผ้าไนลอน (100 x 100 มม. อุปกรณ์ทำเอง งานหมายเลข 5)
• บันทึกแผ่นเสียง (4 และ 8 จังหวะต่อ 1 มม. งานหมายเลข 6)
• ซีดี (งานหมายเลข 6);
• ภาพถ่ายแมลงและนก (งานที่ 7)

ความคืบหน้าของบทเรียน

I. อัปเดตความรู้ในหัวข้อ “การรบกวนของแสง” (การทำซ้ำเนื้อหาที่ศึกษา)

ครู: ก่อนทำภารกิจทดลองให้เสร็จสิ้น เรามาทบทวนเนื้อหาหลักกันก่อน

ปรากฏการณ์ใดเรียกว่าปรากฏการณ์การแทรกแซง?

คลื่นใดมีลักษณะเป็นปรากฏการณ์การรบกวน?

กำหนดคลื่นที่สอดคล้องกัน

เขียนเงื่อนไขของการรบกวนสูงสุดและต่ำสุด

กฎการอนุรักษ์พลังงานถูกสังเกตในปรากฏการณ์การรบกวนหรือไม่?

นักเรียน (คำตอบที่แนะนำ):

– การรบกวนเป็นปรากฏการณ์ที่มีลักษณะเฉพาะของคลื่นในลักษณะใดก็ตาม: ทางกล, แม่เหล็กไฟฟ้า “การรบกวนของคลื่นคือการเพิ่มคลื่นสอง (หรือหลายคลื่น) ในอวกาศ ซึ่ง ณ จุดต่างๆ คลื่นผลลัพธ์จะแข็งแกร่งขึ้นหรืออ่อนลง”

– เพื่อสร้างรูปแบบการรบกวนที่เสถียร จำเป็นต้องมีแหล่งกำเนิดคลื่นที่สอดคล้องกัน (ตรงกัน)

- คลื่นที่มีความถี่เท่ากันและมีความต่างเฟสคงที่เรียกว่าคลื่นต่อเนื่อง

– บนกระดาน นักเรียนเขียนเงื่อนไขสำหรับค่าสูงสุดและต่ำสุด

แอมพลิจูดของการกระจัดที่เกิดขึ้นที่จุด C ขึ้นอยู่กับความแตกต่างในเส้นทางคลื่นในระยะไกล ง 2 – ง 1 .

รูปที่ 1 – เงื่อนไขสูงสุด	รูปที่ 2 – เงื่อนไขขั้นต่ำ
, () โดยที่ k=0; ± 1; ± 2; ± 3;… (ความแตกต่างในเส้นทางคลื่นเท่ากับจำนวนครึ่งคลื่นคู่) คลื่นจากแหล่งกำเนิด S 1 และ S 2 จะมาถึงจุด C ในเฟสเดียวกันและ "เสริมแรงซึ่งกันและกัน" ขั้นตอนการสั่น ความแตกต่างของเฟส А=2AH สูงสุด – ความกว้างของคลื่นผลลัพธ์	, () โดยที่ k=0; ± 1; ± 2; ± 3;… (ผลต่างของเส้นทางคลื่นเท่ากับจำนวนคี่ของครึ่งคลื่น) คลื่นจากแหล่งกำเนิด S 1 และ S 2 จะมาถึงจุด C ในแอนติเฟสและ "ยกเลิกซึ่งกันและกัน" ขั้นตอนการสั่น ความแตกต่างของเฟส A=0 – ความกว้างของคลื่นผลลัพธ์

รูปแบบการรบกวนคือการสลับพื้นที่ที่มีความเข้มของแสงเพิ่มขึ้นและลดลงเป็นประจำ

– การรบกวนของแสงคือการกระจายเชิงพื้นที่ของพลังงานของการแผ่รังสีแสงเมื่อมีการซ้อนคลื่นแสงตั้งแต่สองคลื่นขึ้นไป

ดังนั้นในปรากฏการณ์ของการรบกวนและการเลี้ยวเบนของแสงจึงปฏิบัติตามกฎการอนุรักษ์พลังงาน ในพื้นที่รบกวน พลังงานแสงจะถูกกระจายซ้ำเท่านั้นโดยไม่ถูกแปลงเป็นพลังงานประเภทอื่น การเพิ่มขึ้นของพลังงานในบางจุดของรูปแบบการรบกวนที่สัมพันธ์กับพลังงานแสงทั้งหมดจะได้รับการชดเชยด้วยการลดลงที่จุดอื่นๆ (พลังงานแสงทั้งหมดคือพลังงานแสงของลำแสงสองลำจากแหล่งที่เป็นอิสระ)

แถบสีอ่อนสอดคล้องกับพลังงานสูงสุด แถบสีเข้มสอดคล้องกับพลังงานขั้นต่ำ

ครู: มาดูส่วนปฏิบัติของบทเรียนกันดีกว่า

งานทดลอง №1

“การสังเกตปรากฏการณ์แสงรบกวนบนฟิล์มสบู่”

อุปกรณ์: แก้วน้ำสบู่, ห่วงลวดมีด้ามจับเส้นผ่านศูนย์กลาง 30 มม. ( ดูรูปที่ 3)

นักเรียนสังเกตการรบกวนในห้องเรียนที่มืดมิดบนแผ่นฟิล์มสบู่แบนภายใต้แสงสีเดียว

เราได้ฟิล์มสบู่บนวงแหวนลวดแล้ววางในแนวตั้ง

เราสังเกตเห็นแถบแนวนอนสีอ่อนและสีเข้มที่เปลี่ยนความกว้างเมื่อความหนาของฟิล์มเปลี่ยนแปลง ( ดูรูปที่ 4).

คำอธิบาย. ลักษณะของแถบแสงและสีเข้มอธิบายได้จากการรบกวนของคลื่นแสงที่สะท้อนจากพื้นผิวของฟิล์ม สามเหลี่ยม d = 2h

ความแตกต่างในเส้นทางของคลื่นแสงเท่ากับสองเท่าของความหนาของฟิล์ม

เมื่อวางในแนวตั้ง ฟิล์มจะมีรูปทรงลิ่ม ความแตกต่างในเส้นทางของคลื่นแสงในส่วนบนจะน้อยกว่าในส่วนล่าง ในสถานที่เหล่านั้นของภาพยนตร์ซึ่งความแตกต่างของเส้นทางเท่ากับจำนวนคลื่นครึ่งคลื่นคู่ จะสังเกตเห็นแถบแสง และด้วยจำนวนครึ่งคลื่นคี่ - แถบแสง การจัดเรียงแนวนอนของแถบอธิบายได้โดยการจัดเรียงแนวนอนของเส้นที่มีความหนาของฟิล์มเท่ากัน

4. ส่องฟิล์มสบู่ด้วยแสงสีขาว (จากหลอดไฟ)

5. สังเกตสีของแถบแสงเป็นสีสเปกตรัม: สีฟ้าที่ด้านบน, สีแดงที่ด้านล่าง

คำอธิบาย. การระบายสีนี้อธิบายได้จากการขึ้นอยู่กับตำแหน่งของแถบแสงกับความยาวคลื่นของสีที่ตกกระทบ

6. เรายังสังเกตด้วยว่าแถบที่ขยายและรักษารูปร่างนั้นเลื่อนลง

คำอธิบาย. สิ่งนี้อธิบายได้จากความหนาของฟิล์มที่ลดลง เนื่องจากสารละลายสบู่ไหลลงมาภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง

งานทดลองหมายเลข 2

“การสังเกตแสงรบกวนบนฟองสบู่”

1. นักเรียนระเบิด ฟอง (ดูรูปที่ 5)

2. เราสังเกตการก่อตัวของวงแหวนรบกวนที่มีสีเป็นสีสเปกตรัมที่ส่วนบนและส่วนล่าง ขอบด้านบนของวงแหวนไฟแต่ละวงมี สีฟ้า,อันล่างเป็นสีแดง เมื่อความหนาของฟิล์มลดลง วงแหวนที่ขยายตัวก็จะค่อยๆ เคลื่อนลงด้านล่างเช่นกัน รูปร่างรูปวงแหวนอธิบายได้ด้วยเส้นรูปวงแหวนที่มีความหนาเท่ากัน

งานทดลองหมายเลข 3

“การสังเกตการรบกวนของแสงบนฟิล์มอากาศ”

นักเรียนวางแผ่นกระจกที่สะอาดเข้าด้วยกันแล้วบีบโดยใช้นิ้ว (ดูรูปที่ 6)

แผ่นเปลือกโลกจะถูกมองด้วยแสงสะท้อน พื้นหลังสีเข้ม.

เราสังเกตเห็นรุ้งสดใสเป็นวงแหวนหรือปิดในบางสถานที่ รูปร่างไม่สม่ำเสมอลายทาง

เปลี่ยนแรงกดและสังเกตการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งและรูปร่างของแถบ

ครู: การสังเกตในงานนี้มีลักษณะเป็นรายบุคคล ร่างรูปแบบการรบกวนที่คุณสังเกตเห็น

คำอธิบาย: พื้นผิวของแผ่นต้องไม่เรียบสนิท ดังนั้นจึงสัมผัสได้เพียงไม่กี่จุดเท่านั้น รอบๆ สถานที่เหล่านี้ มีการสร้างลิ่มอากาศบางๆ ที่มีรูปร่างหลากหลาย ทำให้เกิดภาพการรบกวน (ภาพที่ 7)

ในแสงที่ส่องผ่าน สภาวะสูงสุดคือ 2h=kl

ครู: ปรากฏการณ์การรบกวนและโพลาไรเซชันในการก่อสร้างและวิศวกรรมเครื่องกลใช้เพื่อศึกษาความเค้นที่เกิดขึ้นในแต่ละหน่วยของโครงสร้างและเครื่องจักร วิธีการวิจัยเรียกว่าโฟโตอิลาสติก ตัวอย่างเช่น เมื่อแบบจำลองของชิ้นส่วนผิดรูป ความสม่ำเสมอของแก้วอินทรีย์จะหยุดชะงัก ลักษณะของรูปแบบการรบกวนจะสะท้อนถึงความเค้นภายในของชิ้นส่วน(ภาพที่ 8) .

ครั้งที่สอง อัพเดตความรู้ในหัวข้อ “การเลี้ยวเบนของแสง” (การทำซ้ำเนื้อหาที่ศึกษา)

ครู: ก่อนทำส่วนที่สองของงานให้เสร็จ เรามาทบทวนเนื้อหาหลักกันก่อน

ปรากฏการณ์ใดเรียกว่าปรากฏการณ์การเลี้ยวเบน?

เงื่อนไขสำหรับการสำแดงการเลี้ยวเบน

ตะแกรงเลี้ยวเบน ชนิดและคุณสมบัติพื้นฐาน

เงื่อนไขในการสังเกตการเลี้ยวเบนสูงสุด

ทำไม สีม่วงใกล้กับศูนย์กลางของรูปแบบการรบกวนมากขึ้นหรือไม่?

นักเรียน (คำตอบที่แนะนำ):

การเลี้ยวเบนเป็นปรากฏการณ์ของการเบี่ยงเบนของคลื่นจากการแพร่กระจายเป็นเส้นตรงเมื่อผ่านรูเล็กๆ และโค้งงอไปรอบๆ สิ่งกีดขวางเล็กๆ

เงื่อนไขสำหรับการสำแดงการเลี้ยวเบน: ง < , ที่ไหน ง– ขนาดของสิ่งกีดขวาง – ความยาวคลื่น ขนาดของสิ่งกีดขวาง (รู) จะต้องเล็กกว่าหรือเทียบเคียงกับความยาวคลื่นได้ การมีอยู่ของปรากฏการณ์นี้ (การเลี้ยวเบน) จำกัดขอบเขตของการบังคับใช้กฎหมาย เลนส์เรขาคณิตและเป็นเหตุผลในการจำกัดความละเอียดของเครื่องมือทางแสง

ตะแกรงเลี้ยวเบนเป็นอุปกรณ์ออพติคอลที่มีโครงสร้างเป็นคาบ จำนวนมากองค์ประกอบที่มีระยะห่างสม่ำเสมอซึ่งเกิดการเลี้ยวเบนของแสง สโตรคที่มีโปรไฟล์เฉพาะและคงที่สำหรับตะแกรงการเลี้ยวเบนที่กำหนดจะถูกทำซ้ำในช่วงเวลาเดียวกัน ง(ช่วงขัดแตะ) ความสามารถของตะแกรงเลี้ยวเบนเพื่อแยกลำแสงที่ตกกระทบตามความยาวคลื่นเป็นคุณสมบัติหลัก มีตะแกรงเลี้ยวเบนแบบสะท้อนแสงและโปร่งใส เครื่องมือสมัยใหม่ส่วนใหญ่ใช้ตะแกรงการเลี้ยวเบนแบบสะท้อนแสง.

เงื่อนไขในการสังเกตการเลี้ยวเบนสูงสุด:

งานทดลองหมายเลข 4

“การสังเกตการเลี้ยวเบนของแสงด้วยช่องแคบ”

อุปกรณ์ : (ซม ภาพวาดหมายเลข 9)

1. เราเลื่อนแถบเลื่อนของคาลิปเปอร์จนกระทั่งเกิดช่องว่างกว้าง 0.5 มม. ระหว่างขากรรไกร
2. เราวางส่วนที่เอียงของฟองน้ำไว้ใกล้กับดวงตา (วางคอในแนวตั้ง)
3. ผ่านช่องว่างนี้ เราจะดูเส้นใยแนวตั้งของตะเกียงที่กำลังลุกไหม้
4. เราสังเกตเห็นแถบสีรุ้งขนานกับมันทั้งสองด้านของด้าย
5. เราเปลี่ยนความกว้างของช่องภายใน 0.05 - 0.8 มม. เมื่อเคลื่อนไปยังสลิตที่แคบลง แถบจะแยกออกจากกัน กว้างขึ้น และสร้างสเปกตรัมที่สามารถแยกแยะได้ เมื่อสังเกตผ่านช่องที่กว้างที่สุด แถบจะแคบมากและอยู่ใกล้กัน
6. นักเรียนวาดภาพที่เห็นในสมุดจด

งานทดลองหมายเลข 5

“การสังเกตการเลี้ยวเบนของแสงบนผ้าไนลอน”

อุปกรณ์ : โคมไฟแบบไส้ตรง ผ้าไนลอน ขนาด 100x100mm (รูปที่ 10)

1. เรามองผ่านผ้าไนลอนที่เส้นใยของตะเกียงที่กำลังลุกไหม้
2. เราสังเกตเห็น "การเลี้ยวเบนข้าม" (ภาพในรูปแบบของแถบเลี้ยวเบนสองแถบที่ตัดกันเป็นมุมฉาก)
3. นักเรียนวาดภาพที่เห็น (การหักเหของแสง) ลงในสมุดบันทึก

คำอธิบาย: มองเห็นการเลี้ยวเบนสีขาวสูงสุดที่กึ่งกลางเปลือกโลก ที่ k=0 ความแตกต่างในเส้นทางคลื่นจะเป็นศูนย์ ดังนั้นค่าสูงสุดตรงกลางจึงเป็นสีขาว

ไม้กางเขนเกิดขึ้นเนื่องจากเส้นด้ายของผ้าเป็นตะแกรงเลี้ยวเบนสองอันที่พับเข้าด้วยกันโดยมีรอยกรีดตั้งฉากกัน ลักษณะของสีสเปกตรัมอธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าแสงสีขาวประกอบด้วยคลื่นที่มีความยาวต่างกัน ค่าสูงสุดของการเลี้ยวเบนของแสงสำหรับความยาวคลื่นต่างกันจะได้มาจากที่ต่างๆ

งานทดลองหมายเลข 6

“การสังเกตการเลี้ยวเบนของแสงบนแผ่นเสียงและแผ่นเลเซอร์”

อุปกรณ์: หลอดไส้ตรง แผ่นเสียง (ดูรูปที่ 11)

แผ่นเสียงเป็นตะแกรงเลี้ยวเบนที่ดี

1. เราวางตำแหน่งแผ่นเสียงเพื่อให้ร่องขนานกับไส้หลอดและสังเกตการเลี้ยวเบนของแสงสะท้อน
2. เราสังเกตสเปกตรัมการเลี้ยวเบนแสงของลำดับต่างๆ

คำอธิบาย: ความสว่างของสเปกตรัมการเลี้ยวเบนขึ้นอยู่กับความถี่ของร่องที่ใช้กับบันทึกและมุมตกกระทบของรังสี (ดูรูปที่ 12)

รังสีที่เกือบขนานกันที่ตกกระทบจากไส้หลอดไฟจะสะท้อนจากส่วนนูนที่อยู่ติดกันระหว่างร่องที่จุด A และ B รังสีที่สะท้อนในมุมเท่ากับมุมตกกระทบจะทำให้เกิดภาพของไส้หลอดในรูปของเส้นสีขาว รังสีที่สะท้อนในมุมอื่นๆ จะมีเส้นทางที่แตกต่างกัน ซึ่งเป็นผลมาจากการเพิ่มคลื่น

ให้เราสังเกตการเลี้ยวเบนบนดิสก์เลเซอร์ในลักษณะเดียวกัน (ดูรูปที่ 13)

พื้นผิวของคอมแพ็คดิสก์มีลักษณะเป็นรางเกลียวซึ่งมีระยะพิทช์ที่สมกับความยาวคลื่นของแสงที่มองเห็น ปรากฏการณ์การเลี้ยวเบนและการรบกวนปรากฏบนพื้นผิวที่มีโครงสร้างละเอียด แสงจ้าของแผ่นซีดีมีสีรุ้ง

งานทดลองหมายเลข 7

“การสังเกตการเลี้ยวเบนของสีแมลงจากภาพถ่าย”

อุปกรณ์: (ดูรูปที่ 14, 15, 16.)

ครู: การเลี้ยวเบนของนก ผีเสื้อ และแมลงเต่าทองเป็นเรื่องธรรมดามากในธรรมชาติ ความหลากหลายของเฉดสีของการเลี้ยวเบนเป็นลักษณะของนกยูง ไก่ฟ้า นกกระสาดำ นกฮัมมิ่งเบิร์ด และผีเสื้อ การระบายสีการเลี้ยวเบนของสัตว์ไม่เพียงได้รับการศึกษาโดยนักชีววิทยาเท่านั้น แต่ยังศึกษาโดยนักฟิสิกส์ด้วย

นักเรียนดูรูปถ่าย

คำอธิบาย: พื้นผิวด้านนอกของขนนกของนกหลายชนิดและส่วนบนของลำตัวมีผีเสื้อและแมลงเต่าทองมีลักษณะพิเศษคือองค์ประกอบโครงสร้างจะเกิดซ้ำๆ กันเป็นประจำโดยมีช่วงตั้งแต่ 1 ถึงหลายไมครอน ทำให้เกิดตะแกรงการเลี้ยวเบน ตัวอย่างเช่น โครงสร้างของดวงตาที่อยู่ตรงกลางของหางนกยูงสามารถเห็นได้ในรูปที่ 14 สีของดวงตาจะเปลี่ยนไปขึ้นอยู่กับว่าแสงตกกระทบกับดวงตาอย่างไร และเรามองจากมุมใด

คำถามทดสอบ (นักเรียนแต่ละคนจะได้รับการ์ดพร้อมงาน - ตอบคำถามเป็นลายลักษณ์อักษร ):

1. แสงคืออะไร?
2. ผู้พิสูจน์ว่าแสงสว่างคือ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า?
3. ความเร็วแสงในสุญญากาศเป็นเท่าใด?
4. ใครเป็นผู้ค้นพบการรบกวนของแสง?
5. อะไรอธิบายสีรุ้งของฟิล์มแทรกแซงแบบบางได้
6. คลื่นแสงที่มาจากหลอดไฟฟ้าสองหลอดสามารถรบกวนได้หรือไม่? ทำไม
7. เหตุใดชั้นน้ำมันหนาจึงไม่เป็นสีรุ้ง?
8. ตำแหน่งสูงสุดของการเลี้ยวเบนหลักขึ้นอยู่กับจำนวนกรีดของตะแกรงหรือไม่
9. ทำไมฟิล์มสบู่สีรุ้งที่มองเห็นจึงเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา?

การบ้าน (เป็นกลุ่มโดยคำนึงถึงลักษณะเฉพาะของนักเรียน)

– เตรียมรายงานในหัวข้อ “The Vavilov Paradox”

– เขียนปริศนาอักษรไขว้ด้วยคำสำคัญ “การรบกวน”, “การเลี้ยวเบน”

วรรณกรรม:

1. อาราบัดชี่ วี.ไอ. การระบายสีการเลี้ยวเบนของแมลง / “ควอนตัม” ครั้งที่ 2 2518
2. วอลคอฟ วี.เอ. สากล การพัฒนาบทเรียนในวิชาฟิสิกส์ ชั้นประถมศึกษาปีที่ 11 – อ.: วาโก, 2549.
3. คอซลอฟ เอส.เอ. เกี่ยวกับคุณสมบัติทางแสงบางประการของคอมแพคดิสก์ / “ฟิสิกส์ในโรงเรียน” ครั้งที่ 1 พ.ศ. 2549
4. ซีดี / “ฟิสิกส์ในโรงเรียน” ครั้งที่ 1 พ.ศ. 2549
5. Myakishev G.Ya., Bukhovtsev B.B. ฟิสิกส์: หนังสือเรียน. สำหรับเกรด 11 เฉลี่ย โรงเรียน – อ.: การศึกษา, 2543.
6. ช่างประกอบ V.A. ความขัดแย้งของ Vavilov / "ควอนตัม" หมายเลข 2 1971
7. ฟิสิกส์: หนังสือเรียน. สำหรับเกรด 11 เฉลี่ย โรงเรียน / N.M.Shakhmaev, S.N.Shakhmaev, D.Sh.Shodiev. – อ.: การศึกษา, 2534.
8. ทางกายภาพ พจนานุกรมสารานุกรม / “สารานุกรมโซเวียต”, พ.ศ. 2526
9. ชั้นเรียนห้องปฏิบัติการหน้าผากในวิชาฟิสิกส์ในระดับเกรด 7 - 11 โดยทั่วไป สถาบันการศึกษา: หนังสือ. สำหรับอาจารย์/V.A.Burov, Yu.I.Dik, B.S.Zvorykin และคนอื่นๆ; เอ็ด วี.เอ.บูโรวา, จี.จี.นิกิฟอโรวา – ม.: การศึกษา: หนังสือเรียน. สว่าง., 1996

กระทรวงศึกษาธิการและวัฒนธรรม

ภูมิภาคตูลา

สถาบันการศึกษาของรัฐระดับมัธยมศึกษา อาชีวศึกษา ภูมิภาคตูลา
"วิทยาลัยสารพัดช่างลิปโคโว"

ถึง เปิดบทเรียน“การสังเกตการรบกวนและการเลี้ยวเบนของแสง” (งานห้องปฏิบัติการ)

ลิปกี, 2012

จัดทำโดยอาจารย์

โวโรเบียวา อี.เอ. หมายเหตุอธิบาย

งานห้องปฏิบัติการดำเนินการโดยใช้ โปรแกรมคอมพิวเตอร์“ งานห้องปฏิบัติการเสมือนจริงในวิชาฟิสิกส์เกรด 11” (สิ่งพิมพ์เพื่อการศึกษาทางอิเล็กทรอนิกส์โดยสำนักพิมพ์ Bustard)

เมื่อใช้โปรแกรมผลการทดลองจะแสดงบนหน้าจอคอมพิวเตอร์ นี่เป็นหนึ่งในผลงานห้องปฏิบัติการที่นักเรียนสามารถสังเกตและวิเคราะห์สิ่งที่เห็นได้ถูกขัดเกลา ในระหว่างการทำงานในห้องปฏิบัติการ จะมีการบรรลุเป้าหมายต่อไปนี้:

เกี่ยวกับการศึกษา:

สรุปความรู้ในหัวข้อ “การรบกวนและการเลี้ยวเบนของแสง”

ประยุกต์ความรู้ทางทฤษฎีมาอธิบายปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ

เกี่ยวกับการศึกษา:

มีส่วนทำให้เกิดความสนใจในฟิสิกส์และกระบวนการความรู้ทางวิทยาศาสตร์

เพื่อช่วยขยายขอบเขตอันไกลโพ้นของนักเรียนและพัฒนาความสามารถในการสรุปผลตามผลการทดลอง

รายงานผลงานนี้ยึดหลักการ “เราสังเกตสิ่งนี้…” นักเรียนบันทึกผลการสังเกตในรายงานงานในห้องปฏิบัติการซึ่งระบุไว้ในคำแนะนำด้านระเบียบวิธีสำหรับการปฏิบัติงานในห้องปฏิบัติการสำหรับนักเรียนพิเศษ 140118 และ 190631 เมื่อสิ้นสุดงานในห้องปฏิบัติการจะได้รับ คำถามควบคุมซึ่งจะต้องตอบเครดิตห้องปฏิบัติการ การควบคุมความรู้สามารถดำเนินการได้โดยใช้การทดสอบคอมพิวเตอร์หรือการตอบสนองด้วยวาจาจากนักเรียน เมื่องานในห้องปฏิบัติการเสร็จสิ้น จะได้รับเกรด "ผ่าน"

ระหว่างเรียน:

ตอนที่ 1 อัพเดตความรู้ในหัวข้อ “การรบกวนของแสง” (การทำซ้ำเนื้อหาที่ศึกษา)

ครู:

1. ปรากฏการณ์ใดเรียกว่าการรบกวนของแสง
2. คลื่นใดมีลักษณะเป็นปรากฏการณ์การรบกวน?
3. กำหนดคลื่นที่สอดคล้องกัน

นักเรียน: ตอบคำถาม:

คำตอบที่แนะนำ:

1. การรบกวนเป็นลักษณะปรากฏการณ์ของคลื่นในลักษณะใด ๆ ทั้งทางกลและแม่เหล็กไฟฟ้า การรบกวนเป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นเมื่อคลื่นแสงสองคลื่น (หรือหลายคลื่น) ในช่วงเวลาเดียวกันถูกซ้อนทับในตัวกลางไอโซโทรปิกที่เป็นเนื้อเดียวกันซึ่งส่งผลให้เกิดการกระจายพลังงานคลื่นในอวกาศอีกครั้ง (1, หน้า 344) คลื่นที่เกิดขึ้นจะแข็งแกร่งขึ้นหรืออ่อนลง .
2. เงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับการรบกวนของคลื่นคือการเชื่อมโยงกัน (1 หน้า 345)
3. คลื่นที่มีความถี่เท่ากันและมีความต่างเฟสคงที่ตลอดเวลาเรียกว่าคลื่นต่อเนื่อง (1, หน้า 345)

ครู:

นักเรียน: พิจารณาเหตุผลทางทฤษฎีสำหรับส่วนที่ 1 (ภาคผนวก) ในคำแนะนำด้านระเบียบวิธี

ครู: แสดงรูปภาพสำหรับส่วนที่ 1 ของย่อหน้าที่ 3 (ภาคผนวก)

นักเรียน: ดำเนินการจุดที่ 4 คำแนะนำด้านระเบียบวิธี. คำอธิบายด้วยวาจา: เราสังเกตเห็นแถบแนวนอนสีเข้มและสีอ่อนซึ่งเปลี่ยนความกว้างเมื่อความหนาของฟิล์มเปลี่ยนไป

ครู: เปลี่ยนภาพบนหน้าจอ

นักเรียน ทำขั้นตอนที่ 5 คำตอบที่คาดหวัง เราสังเกตสีของแถบแสงในสีสเปกตรัม บน-น้ำเงิน(ม่วง) ล่าง-แดง การระบายสีนี้อธิบายได้จากการขึ้นอยู่กับตำแหน่งของแถบแสงกับความยาวคลื่นของแสงที่ตกกระทบ เนื่องจากแสงสีขาวมีความซับซ้อนซึ่งประกอบด้วยสีเจ็ดสี

ครู

นักเรียน ทำตามขั้นตอนที่ 6 คำตอบที่แนะนำ: เราสังเกตการก่อตัวของวงแหวนรบกวนที่มีสีเป็นสีสเปกตรัมที่ส่วนบนและส่วนล่าง ขอบด้านบนของวงแหวนไฟแต่ละวงเป็นสีน้ำเงิน (สีม่วง) ขอบล่างเป็นสีแดง เมื่อความหนาของฟิล์มลดลง วงแหวนจะขยายออก และเคลื่อนลงด้านล่างภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง

ครู เปลี่ยนภาพบนหน้าจอ

นักเรียน ทำตามขั้นตอนที่ 7 คำตอบที่แนะนำ: ในบางสถานที่เราสังเกตเห็นแถบสีรุ้งสดใสหรือมีแถบปิดผิดปกติ เนื่องจากพื้นผิวสัมผัสมีรูปร่างไม่เหมาะ จึงเกิดชั้นอากาศบางๆ ขึ้นระหว่างแผ่นเปลือกโลก

ครู เปลี่ยนภาพบนหน้าจอ

นักเรียน ทำตามขั้นตอนที่ 8 คำตอบที่แนะนำ: เมื่อแรงอัดแผ่นเปลี่ยนแปลง ตำแหน่งและรูปร่างของแถบจะเปลี่ยนไป สีรุ้งจะสังเกตเห็นได้น้อยลงเมื่อความหนาของชั้นอากาศลดลง

ครู เปลี่ยนภาพบนหน้าจอ

นักเรียน ทำข้อ 9 คำตอบที่แนะนำ: การรบกวนของรังสีแสงสะท้อนจะเห็นได้ชัดเป็นพิเศษ เราเห็นสเปกตรัมแสงที่สว่างตั้งแต่สีม่วงไปจนถึงสีแดง ความสว่างขึ้นอยู่กับความถี่ของร่องที่ทา

ตอนที่ 2 อัพเดตความรู้หัวข้อ “การเลี้ยวเบนของแสง” (การทำซ้ำเนื้อหาที่ศึกษา)

ครู: ก่อนที่จะเสร็จสิ้นงานทดลอง เรามาทบทวนเนื้อหาหลักกันก่อน:

1. ปรากฏการณ์ใดเรียกว่าการเลี้ยวเบนของแสง
2. เงื่อนไขสำหรับการสำแดงการเลี้ยวเบน

นักเรียน: ตอบคำถาม:

คำตอบที่แนะนำ:

1. การเลี้ยวเบนเป็นปรากฏการณ์ของการเบี่ยงเบนของคลื่นจากการแพร่กระจายเป็นเส้นตรงเมื่อผ่านรูเล็ก ๆ และโค้งงอสิ่งกีดขวางเล็ก ๆ ด้วยคลื่น (1, หน้า 350)
2. เงื่อนไขของการเลี้ยวเบนที่จะเกิดขึ้น: ขนาดของสิ่งกีดขวางน้อยกว่าหรือเท่ากับความยาวคลื่น ขนาดของสิ่งกีดขวาง (รู) จะต้องเล็กกว่าหรือเทียบเคียงกับความยาวคลื่นได้ (1 หน้า 351)

ครู: เรามาดูส่วนที่ใช้งานได้จริงกันดีกว่า

นักเรียน: อ่านเหตุผลทางทฤษฎีสำหรับส่วนที่ 2 ในคำแนะนำด้านระเบียบวิธี (ภาคผนวก)

ครู: แสดงรูปภาพสำหรับส่วนที่ 2 ของย่อหน้าที่ 1 (ภาคผนวก)

นักเรียน: ปฏิบัติตามวรรค 1 ของส่วนที่ 2 ของแนวทาง คำอธิบายด้วยวาจา: มองเห็นแถบสีรุ้งที่ขนานกับด้ายทั้งสองข้าง เมื่อความกว้างของรอยตัดลดลง แถบจะแยกออกจากกัน กว้างขึ้น และสร้างสเปกตรัมที่สามารถแยกแยะได้อย่างชัดเจน เนื่องจากสิ่งกีดขวางในรูปแบบของร่องคาลิปเปอร์เทียบได้กับความยาวคลื่นของแสงที่มองเห็นได้

ครู เปลี่ยนภาพบนหน้าจอ

นักเรียน ทำขั้นตอนที่ 2 คำตอบที่แนะนำ: เมื่อหมุนคาลิปเปอร์อย่างนุ่มนวลรอบแกนตั้ง แถบสีรุ้งจะแยกออกจากกันและกว้างขึ้น ทำให้เกิดสเปกตรัมที่มองเห็นได้ชัดเจน

ครู เปลี่ยนภาพบนหน้าจอ

นักเรียน ทำขั้นตอนที่ 3 คำตอบที่คาดหวัง: จะได้รูปแบบการเลี้ยวเบนเมื่อมีแถบสีอ่อนและสีเข้มวางอยู่ที่ด้านข้างของด้าย และตรงกลางในบริเวณเงาเรขาคณิต จะสังเกตเห็นแถบสีอ่อน

ครู เปลี่ยนภาพบนหน้าจอ

นักเรียน ทำตามขั้นตอนที่ 4 คำตอบที่แนะนำ: ค่าสูงสุดของการเลี้ยวเบนจะมองเห็นได้ที่กึ่งกลางของกากบาท แสงสีขาวและแต่ละแถบจะมีสีรุ้งหลายสี เกลียวในอวกาศตัดกันเป็นมุมฉาก ดังนั้นจึงได้โครงตาข่ายสองมิติ

ครู: หลังจากวิเคราะห์ข้อสังเกตแล้วจำเป็นต้องสรุปผล

นักเรียน สรุป คำตอบที่แนะนำ: ในงานห้องปฏิบัติการนี้ มีการสังเกตและอธิบายลักษณะเฉพาะของปรากฏการณ์การรบกวนและการเลี้ยวเบนของแสง

ครู : เพื่อให้แล็บผ่าน คุณต้องตอบคำถามท้ายแล็บ

วรรณกรรม:

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

แอปพลิเคชัน

งานห้องปฏิบัติการหมายเลข 11

การสังเกตการรบกวนและการเลี้ยวเบนของแสง

เป้าหมายของงาน: ศึกษาลักษณะเฉพาะของการรบกวนและการเลี้ยวเบนของแสง

ส่วนที่ 1

การสังเกตการรบกวนของแสง

อุปกรณ์: 1) ไม้ขีด 2) ตะเกียงแอลกอฮอล์ 3) ก้อนสำลีบนลวดในหลอดทดลองชุบสารละลายโซเดียมคลอไรด์ 4) วงแหวนลวดพร้อมที่จับ 5) แก้วที่มีสารละลายสบู่ 6) หลอดแก้ว 7) แผ่นแก้ว - 2 ชิ้น 8) ซีดี

พื้นหลังทางทฤษฎี.

อุปกรณ์ที่จำเป็นสำหรับการสังเกตการรบกวนของแสงบนฟิล์มสบู่แสดงในรูปที่ 1 ในการสังเกตการรบกวนของรังสีเอกรงค์จะมีการนำก้อนสำลีชุบสารละลายโซเดียมคลอไรด์เข้าไปในเปลวไฟของตะเกียงแอลกอฮอล์ ในกรณีนี้เปลวไฟจะมีสี สีเหลือง. เมื่อหย่อนวงแหวนลวด 4 ลงในสารละลายสบู่ 5 จะได้ฟิล์มสบู่วางในแนวตั้งและมองบนพื้นหลังสีเข้มที่ส่องสว่างด้วยแสงสีเหลืองของตะเกียงแอลกอฮอล์ สังเกตการก่อตัวของแถบแนวนอนสีเหลืองเข้ม (รูปที่ 2) และการเปลี่ยนแปลงความกว้างเมื่อความหนาของฟิล์มลดลง

ในสถานที่เหล่านั้นของภาพยนตร์ที่ความแตกต่างของเส้นทางของรังสีต่อเนื่องกันเท่ากับจำนวนครึ่งคลื่นคู่ แถบแสงจะถูกสังเกต และที่จำนวนครึ่งคลื่นคี่ จะสังเกตเห็นแถบสีเข้ม

เมื่อฟิล์มได้รับแสงสีขาว (จากหน้าต่างหรือโคมไฟ) แถบแสงจะกลายเป็นสี: สีฟ้าที่ด้านบน สีแดงที่ด้านล่าง ใช้หลอดแก้ว 6 เป่าฟองสบู่ขนาดเล็กบนพื้นผิวของสารละลายสบู่ เมื่อส่องสว่างด้วยแสงสีขาว จะสังเกตเห็นการก่อตัวของวงแหวนรบกวนสี เมื่อความหนาของฟิล์มลดลง วงแหวนจะขยายและเลื่อนลง

นอกจากนี้ยังพบการรบกวนเมื่อพิจารณาพื้นผิวสัมผัสของแผ่นกระจก 7 สองแผ่นที่กดเข้าด้วยกัน

เนื่องจากรูปร่างที่ไม่เหมาะของพื้นผิวสัมผัส ชั้นอากาศบาง ๆ จึงถูกสร้างขึ้นระหว่างแผ่นเปลือกโลก ทำให้เกิดเป็นแถบรูปวงแหวนสีรุ้งสดใสหรือปิดเป็นแถบที่มีรูปร่างผิดปกติ

เมื่อแรงที่กดแผ่นเปลือกโลกเปลี่ยนแปลง ตำแหน่งและรูปร่างของแถบจะเปลี่ยนทั้งแสงสะท้อนและแสงที่ส่องผ่าน

ปรากฏการณ์การรบกวนของรังสีแสงสะท้อนจะสังเกตเห็นได้ชัดเจนเป็นพิเศษเมื่อตรวจสอบพื้นผิวของซีดี

ส่วนที่ 2

การสังเกตการเลี้ยวเบนของแสง

อุปกรณ์ : 1) คาลิปเปอร์ 2) โคมไฟที่มีไส้หลอดตรง 3) โครงกระดาษแข็งที่มีช่องเจาะซึ่งมีลวดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.1-0.3 มม. ยืดออก 4) ผ้าไนลอนสีดำ

พื้นหลังทางทฤษฎี

การเลี้ยวเบนของแสงแสดงออกในการละเมิดความตรงของการแพร่กระจายของรังสีแสง การโค้งงอของแสงรอบสิ่งกีดขวาง และการทะลุผ่านของแสงเข้าสู่บริเวณเงาเรขาคณิต การกระจายความเข้มของแสงเชิงพื้นที่เบื้องหลังความไม่เป็นเนื้อเดียวกันของตัวกลางทำให้เกิดลักษณะเฉพาะของรูปแบบการเลี้ยวเบน

เนื่องจากความแตกต่างของตัวกลาง จึงมีการใช้ช่องว่างระหว่างขากรรไกรของคาลิปเปอร์ในการทำงาน ผ่านช่องว่างนี้ พวกเขามองดูเส้นใยแนวตั้งของตะเกียงที่กำลังลุกไหม้ ในเวลาเดียวกันจะมองเห็นแถบสีรุ้งทั้งสองด้านของด้ายขนานไปกับมัน เมื่อความกว้างของรอยตัดลดลง แถบจะแยกออกจากกัน กว้างขึ้น และสร้างสเปกตรัมที่สามารถแยกแยะได้อย่างชัดเจน ผลกระทบนี้จะสังเกตได้ชัดเจนเป็นพิเศษเมื่อหมุนคาลิปเปอร์อย่างนุ่มนวลรอบแกนแนวตั้ง

รูปแบบการเลี้ยวเบนที่แตกต่างกันจะสังเกตได้บนด้ายเส้นเล็ก กรอบที่มีไส้หลอดวางอยู่บนพื้นหลังของโคมไฟที่กำลังลุกไหม้ขนานกับไส้หลอด (รูป) เมื่อถอดกรอบออกแล้วนำเข้ามาใกล้ดวงตามากขึ้นจะได้รูปแบบการเลี้ยวเบนเมื่อมีแถบแสงและสีเข้มอยู่ที่ด้านข้างของ เส้นใยและตรงกลางในบริเวณเงาเรขาคณิตจะสังเกตเห็นแถบแสง (รูปที่ )

สามารถสังเกตรูปแบบการเลี้ยวเบนบนผ้าไนลอน ในผ้าไนลอนจะมีทิศทางตั้งฉากกันสองทิศทางที่แตกต่างกัน โดยการหมุนผ้าไปรอบแกน พวกมันจะมองผ่านผ้าที่เส้นใยของหลอดไฟที่กำลังลุกไหม้ เพื่อให้ได้รูปแบบการเลี้ยวเบนที่ชัดเจนในรูปแบบของแถบการเลี้ยวเบนสองแถบที่ตัดกันเป็นมุมฉาก (กากบาทการเลี้ยวเบน) ที่กึ่งกลางของไม้กางเขนจะมองเห็นการเลี้ยวเบนของสีขาวสูงสุดและในแต่ละแถบจะมีหลายสี

สั่งงาน

ส่วนที่ 1

1. จุดตะเกียงแอลกอฮอล์

2. วางก้อนสำลีชุบสารละลายโซเดียมคลอไรด์ลงในเปลวไฟ

3. จุ่มวงแหวนลวดลงในสารละลายสบู่เพื่อสร้างฟิล์มสบู่

4. ร่างรูปแบบการรบกวนที่ได้รับบนฟิล์มเมื่อส่องสว่างด้วยแสงสีเหลืองจากตะเกียงแอลกอฮอล์

5. อธิบายลำดับการสลับสีในรูปแบบการรบกวนเมื่อฟิล์มส่องสว่างด้วยแสงสีขาว

6. ใช้หลอดแก้วเป่าฟองสบู่เล็กๆ บนพื้นผิวของสารละลายสบู่ อธิบายสาเหตุของการเคลื่อนที่ลงของวงแหวนรบกวน

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

7. อธิบายรูปแบบการรบกวนที่สังเกตได้จากแผ่นกระจกที่ถูกบีบอัดสองแผ่น

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

8. รูปแบบที่สังเกตได้เปลี่ยนแปลงไปอย่างไรเมื่อแรงกดแผ่นเข้าด้วยกันเพิ่มขึ้น

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

9. อธิบายรูปแบบการรบกวนเมื่อแผ่นซีดีสว่างขึ้น

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ส่วนที่ 2

1. วาดรูปแบบการเลี้ยวเบนสองรูปแบบที่สังเกตได้เมื่อดูไส้หลอดของหลอดไฟที่กำลังลุกไหม้ผ่านร่องของคาลิปเปอร์ (ที่มีความกว้างร่อง 0.05 และ 0.8 มม.)

ก = 0.05 มม. ก = 0.8 มม

2. อธิบายการเปลี่ยนแปลงในลักษณะของรูปแบบการรบกวนเมื่อหมุนคาลิเปอร์รอบแกนตั้งอย่างราบรื่น (a = 0.8 มม.)

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. วางเฟรมที่มีเส้นใยกับพื้นหลังของโคมไฟที่กำลังลุกไหม้ขนานกับเส้นใย (ดูรูปที่ 3) โดยการขยับกรอบให้สัมพันธ์กับดวงตา ให้แน่ใจว่ามีแถบสีอ่อนปรากฏขึ้นตรงกลางบริเวณเงาเรขาคณิตของด้าย ร่างรูปแบบการเลี้ยวเบนที่สังเกตได้ด้านหลังเส้นใยบางๆ

4. มองผ่านผ้าไนลอนสีดำตรงเส้นใยของตะเกียงที่กำลังลุกไหม้ ด้วยการหมุนผ้ารอบแกน ทำให้เกิดรูปแบบการเลี้ยวเบนที่ชัดเจนในรูปแบบของแถบการเลี้ยวเบนสองแถบที่ตัดกันเป็นมุมฉาก วาดกากบาทการเลี้ยวเบนที่สังเกตได้แล้วอธิบาย

บทสรุป :

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

คำถามควบคุม:

1. การรบกวนของแสงเรียกว่าอะไร?
2. คลื่นใดที่เรียกว่าสอดคล้องกัน?
3. กำหนดเงื่อนไขสำหรับการรบกวนสูงสุดและต่ำสุด
4. การเลี้ยวเบนของแสงคืออะไร?

วรรณกรรม:

1. Dmitrieva V.F. ฟิสิกส์สำหรับวิชาชีพด้านเทคนิคเฉพาะทาง: หนังสือเรียนสำหรับสถาบันการศึกษาระดับอาชีวศึกษาระดับมัธยมศึกษา - อ.: Publishing Center "Academy", 2010. - 448 p.(หน้า 344, 350)
2. Pinsky A.A. , Granovsky G.Yu. ฟิสิกส์: หนังสือเรียน / ทั่วไป. เอ็ด ยูไอ ดิกา, เอ็น.เอส. ปุรีเชวา – ฉบับที่ 2, ฉบับที่. – อ.: ฟอรัม: INFRA-M, 2548. – 560 หน้า: ป่วย - (การศึกษาวิชาชีพ)(หน้า 416, 420, 425)

เรื่อง: การสังเกตปรากฏการณ์การรบกวนและการเลี้ยวเบนของแสง

เป้าหมายของงาน: ศึกษาปรากฏการณ์การรบกวนและการเลี้ยวเบนเชิงทดลอง

อุปกรณ์:

• แก้วที่มีสารละลายสบู่
• วงแหวนลวดพร้อมที่จับ
• ผ้าไนลอน
• ซีดี;
• หลอดไฟฟ้า;
• คาลิปเปอร์;
• แผ่นกระจกสองแผ่น
• ใบมีด;
• แหนบ;
• ผ้าไนลอน

ส่วนทางทฤษฎี

การรบกวนเป็นลักษณะปรากฏการณ์ของคลื่นในลักษณะใด ๆ : เครื่องกล, แม่เหล็กไฟฟ้า การรบกวนของคลื่นคือการเพิ่มคลื่นสอง (หรือหลายคลื่น) ในอวกาศ ซึ่งคลื่นที่เกิดขึ้นจะมีกำลังเพิ่มขึ้นหรืออ่อนลงที่จุดต่างๆ ในการสร้างรูปแบบการรบกวนที่เสถียร จำเป็นต้องมีแหล่งกำเนิดคลื่นที่สอดคล้องกัน (ที่ตรงกัน) คลื่นที่มีความถี่เท่ากันและมีความต่างเฟสคงที่เรียกว่าคลื่นต่อเนื่อง

เงื่อนไขสูงสุด Δd = ± kแล, เงื่อนไขขั้นต่ำ, Δd = ± (2k + 1) แล/2ที่ไหนเค =0; ± 1; ± 2; ± 3;...(ความแตกต่างในเส้นทางคลื่นเท่ากับจำนวนครึ่งคลื่นคู่

รูปแบบการรบกวนคือการสลับพื้นที่ที่มีความเข้มของแสงเพิ่มขึ้นและลดลงเป็นประจำ การรบกวนของแสงคือการกระจายเชิงพื้นที่ของพลังงานของการแผ่รังสีแสงเมื่อมีการซ้อนคลื่นแสงตั้งแต่สองคลื่นขึ้นไป ดังนั้นในปรากฏการณ์ของการรบกวนและการเลี้ยวเบนของแสงจึงปฏิบัติตามกฎการอนุรักษ์พลังงาน ในพื้นที่รบกวน พลังงานแสงจะถูกกระจายซ้ำเท่านั้นโดยไม่ถูกแปลงเป็นพลังงานประเภทอื่น การเพิ่มขึ้นของพลังงานในบางจุดของรูปแบบการรบกวนที่สัมพันธ์กับพลังงานแสงทั้งหมดจะได้รับการชดเชยด้วยการลดลงที่จุดอื่นๆ (พลังงานแสงทั้งหมดคือพลังงานแสงของลำแสงสองลำจากแหล่งที่เป็นอิสระ)
แถบสีอ่อนสอดคล้องกับพลังงานสูงสุด แถบสีเข้มสอดคล้องกับพลังงานขั้นต่ำ

การเลี้ยวเบนเป็นปรากฏการณ์ของการเบี่ยงเบนของคลื่นจากการแพร่กระจายเป็นเส้นตรงเมื่อผ่านรูเล็กๆ และโค้งงอไปรอบๆ สิ่งกีดขวางเล็กๆ เงื่อนไขสำหรับการสำแดงการเลี้ยวเบน: ง< λ, ที่ไหน ง– ขนาดของสิ่งกีดขวาง λ - ความยาวคลื่น ขนาดของสิ่งกีดขวาง (รู) จะต้องเล็กกว่าหรือเทียบเคียงกับความยาวคลื่นได้ การดำรงอยู่ของปรากฏการณ์นี้ (การเลี้ยวเบน) จำกัดขอบเขตของการใช้กฎของทัศนศาสตร์เชิงเรขาคณิต และเป็นเหตุผลในการจำกัดความละเอียดของเครื่องมือทางแสง ตะแกรงเลี้ยวเบนเป็นอุปกรณ์ออพติคอลที่เป็นโครงสร้างเป็นระยะขององค์ประกอบที่จัดเรียงเป็นประจำจำนวนมากซึ่งเกิดการเลี้ยวเบนของแสง สโตรคที่มีโปรไฟล์เฉพาะและคงที่สำหรับตะแกรงการเลี้ยวเบนที่กำหนดจะถูกทำซ้ำในช่วงเวลาเดียวกัน ง(ช่วงขัดแตะ) ความสามารถของตะแกรงเลี้ยวเบนเพื่อแยกลำแสงที่ตกกระทบตามความยาวคลื่นเป็นคุณสมบัติหลัก มีตะแกรงเลี้ยวเบนแบบสะท้อนแสงและโปร่งใส อุปกรณ์สมัยใหม่ส่วนใหญ่ใช้ตะแกรงการเลี้ยวเบนแบบสะท้อนแสง เงื่อนไขในการสังเกตการเลี้ยวเบนสูงสุด: d บาป(φ) = ± kแล

คำแนะนำสำหรับการใช้งาน

1. จุ่มโครงลวดลงในสารละลายสบู่ สังเกตและร่างรูปแบบการรบกวนในฟิล์มสบู่ เมื่อฟิล์มได้รับแสงสีขาว (จากหน้าต่างหรือโคมไฟ) แถบแสงจะกลายเป็นสี: สีฟ้าที่ด้านบน สีแดงที่ด้านล่าง ใช้หลอดแก้วเป่าฟองสบู่ จับตาดูเขาไว้ เมื่อส่องสว่างด้วยแสงสีขาว จะสังเกตเห็นการก่อตัวของวงแหวนรบกวนสี เมื่อความหนาของฟิล์มลดลง วงแหวนจะขยายและเลื่อนลง

ตอบคำถาม:

1. ทำไมฟองสบู่จึงมีสีรุ้ง?
2. แถบสีรุ้งมีรูปร่างอย่างไร?
3. ทำไมสีของฟองอากาศถึงเปลี่ยนตลอดเวลา?

2. เช็ดแผ่นกระจกให้สะอาด วางซ้อนกัน แล้วบีบให้เข้ากันโดยใช้นิ้ว เนื่องจากรูปร่างที่ไม่สมบูรณ์ของพื้นผิวสัมผัส จึงเกิดช่องว่างอากาศบางๆ ระหว่างแผ่นเปลือกโลก ทำให้เกิดแถบรูปวงแหวนสีรุ้งสดใสหรือปิดเป็นแถบที่มีรูปร่างผิดปกติ เมื่อแรงที่กดแผ่นเปลือกโลกเปลี่ยนแปลง ตำแหน่งและรูปร่างของแถบจะเปลี่ยนทั้งแสงสะท้อนและแสงที่ส่องผ่าน วาดภาพที่คุณเห็น.

ตอบคำถาม:

1. เหตุใดจึงพบแถบรูปวงแหวนสีรุ้งสดใสหรือมีรูปร่างผิดปกติในบางจุดที่แผ่นเปลือกโลกสัมผัสกัน
2. เหตุใดรูปร่างและตำแหน่งของขอบสัญญาณรบกวนที่เกิดขึ้นจึงเปลี่ยนไปตามการเปลี่ยนแปลงของความดัน

3. วางแผ่นซีดีในแนวนอนในระดับสายตา คุณกำลังสังเกตอะไรอยู่? อธิบายปรากฏการณ์ที่สังเกตได้ อธิบายรูปแบบการรบกวน

4. มองผ่านผ้าไนลอนตรงเส้นใยของตะเกียงที่กำลังลุกไหม้ ด้วยการหมุนผ้ารอบแกน ทำให้เกิดรูปแบบการเลี้ยวเบนที่ชัดเจนในรูปแบบของแถบการเลี้ยวเบนสองแถบที่ตัดกันเป็นมุมฉาก ร่างกากบาทการเลี้ยวเบนที่สังเกตได้

5. สังเกตรูปแบบการเลี้ยวเบนสองรูปแบบเมื่อดูไส้หลอดของหลอดไฟที่กำลังลุกไหม้ผ่านร่องที่เกิดจากขากรรไกรของคาลิปเปอร์ (ที่มีความกว้างร่อง 0.05 มม. และ 0.8 มม.) อธิบายการเปลี่ยนแปลงในลักษณะของรูปแบบการรบกวนเมื่อหมุนคาลิเปอร์รอบแกนแนวตั้งอย่างราบรื่น (ด้วยความกว้างของร่อง 0.8 มม.) ทำซ้ำการทดลองนี้โดยใช้ใบมีดสองใบโดยกดให้ชิดกัน อธิบายลักษณะของรูปแบบการรบกวน

บันทึกการค้นพบของคุณ ระบุว่าการทดลองใดที่คุณทำพบปรากฏการณ์การรบกวน? การเลี้ยวเบน?