Laboratorní práce sledující jev interference a difrakce světla. Pozorování interference a difrakce světla Laboratoř pozorování difrakce a interference

Účel práce: pozorovat interferenci a difrakci světla.

Teorie.Rušení světla. Vlnové vlastnosti světla se nejzřetelněji projevují v jevech interference a difrakce. Interference světla vysvětluje barvu mýdlových bublin a tenkých olejových filmů na vodě, ačkoli mýdlový roztok a olej jsou bezbarvé. Světelné vlny se částečně odrážejí od povrchu tenkého filmu a částečně do něj procházejí. Na druhé hranici filmu opět dochází k částečnému odrazu vlnění (obr. 1). Světelné vlny odražené dvěma povrchy tenkého filmu se pohybují stejným směrem, ale mají různé dráhy.

Obrázek 1

Pro dráhový rozdíl, který je násobkem celého čísla vlnových délek:

je pozorováno interferenční maximum.

Pro rozdíl l, který je násobkem lichého počtu půlvln:

, (2)

je dodrženo minimum rušení. Když je maximální podmínka splněna pro jednu vlnovou délku světla, není splněna pro ostatní vlnové délky. Proto při osvětlení bílým světlem se tenký, bezbarvý, průhledný film jeví jako barevný. Když se změní tloušťka filmu nebo úhel dopadu světelných vln, změní se dráhový rozdíl a pro světlo s jinou vlnovou délkou je splněna maximální podmínka.

Fenomén interference v tenkých vrstvách se využívá ke kontrole kvality povrchové úpravy a čištění optiky.

Difrakce světla. Když světlo prochází malým otvorem na stínítku, pozorujeme střídající se tmavé a světlé prstence kolem centrálního světelného bodu (obr. 2).

Obrázek 2

Pokud světlo prochází úzkým cílem, výsledný obrazec je znázorněn na obrázku 3.

Obrázek 3

Jev odchylky světla od přímočarého směru šíření při průchodu okrajem překážky se nazývá difrakce světla.

Vznik střídajících se světlých a tmavých prstenců v oblasti geometrického stínu vysvětlil francouzský fyzik Fresnel tím, že světelné vlny přicházející v důsledku difrakce z různých bodů otvoru do jednoho bodu na obrazovce se vzájemně ruší.

Zařízení a příslušenství: skleněné desky - 2 ks, nylonové nebo kambrické klapky, exponovaný fotografický film se štěrbinou vytvořenou žiletkou, gramofonová deska (nebo fragment gramofonové desky), posuvná měřítka, lampa s rovným vláknem (jedna za celek skupina), barevné tužky.

Pracovní příkaz:

1. Pozorování rušení:

1.1. Skleněné pláty důkladně otřete, složte k sobě a vymačkejte prsty.

1.2. Desky prohlížejte v odraženém světle na tmavém pozadí (musí být umístěny tak, aby se na povrchu skla nevytvářely příliš jasné odlesky od oken nebo bílých stěn).

1.3. Na některých místech, kde se desky dotýkají, pozorujte jasné duhově zbarvené prstencové nebo nepravidelně tvarované pruhy.

1.4. Všimněte si změn tvaru a umístění výsledných interferenčních proužků se změnami tlaku.

1.5. Zkuste vidět interferenční obrazec v procházejícím světle a načrtněte jej do protokolu.

1.6. Zvažte interferenční obrazec při dopadu světla na povrch kompaktního disku a načrtněte jej do protokolu.

2. Pozorování difrakce:

2.1. Mezi čelisti třmenu umístěte mezeru 0,5 mm.

2.2. Umístěte štěrbinu blízko oka a umístěte ji vodorovně.

2.3. Při pohledu skrz štěrbinu na vodorovně umístěné vlákno žárovky pozorujte duhové pruhy (difrakční spektra) na obou stranách vlákna.

2.4. Změnou šířky štěrbiny z 0,5 na 0,8 mm si všimněte, jak tato změna ovlivní difrakční spektra.

2.5. Načrtněte difrakční obrazec v protokolu.

2.6. Pozorujte difrakční spektra v procházejícím světle pomocí nylonových nebo cambrických klapek.

2.7. Načrtněte pozorované interference a difrakční obrazce.

3. Udělejte závěr o provedené práci.

4. Odpovězte na bezpečnostní otázky.

Bezpečnostní otázky:

1. Jak vznikají koherentní světelné vlny?

2. Jaká fyzikální vlastnost světelných vln je zodpovědná za rozdíl v barvě?

3. Po nárazu kamenem na průhledný led se objeví praskliny, které se třpytí všemi barvami duhy. Proč?

4. Co vidíš, když se díváš na žárovku přes ptačí pírko?

5. Jak se spektra asimilovaná hranolem liší od difrakčních spekter?

LABORATORNÍ PRÁCE č. 17.

Téma: Optika

Cvičení: Praktická práce na téma „Pozorování interference a difrakce světla“

Jméno:„Pozorování interference a difrakce světla“.

Cíl: experimentálně studovat interferenci a difrakci světla.

Zařízení:žárovka s rovným vláknem, 2 skleněné desky, drátěný rám, mýdlový roztok, posuvné měřítko, silný papír, kus cambric, nylonová nit, svorka.

Zkušenost 1

Pozorování interferenčního obrazce pomocí skleněných destiček.

Vezmeme dvě skleněné desky, před tím je důkladně otřeme, poté je pevně složíme a stlačíme. Interferenční obrazec, který vidíme v deskách, je třeba načrtnout.

Chcete-li vidět změnu na obrázku v závislosti na stupni stlačení skla, musíte vzít upínací zařízení a pomocí šroubů stlačit desky. V důsledku toho se mění interferenční obrazec.

Zkušenost 2

Interference na tenkých vrstvách.

Chcete-li pozorovat tento experiment, vezměte mýdlovou vodu a drátěný rám a sledujte, jak se tvoří tenký film. Pokud je rám spuštěn do mýdlové vody, po jeho zvednutí bude viditelný mýdlový film. Pozorováním tohoto filmu v odraženém světle lze vidět interferenční proužky.

Zkušenost 3

Rušení mýdlových bublin.

K pozorování použijeme mýdlový roztok. Foukání mýdlových bublin. Způsob, jakým se bubliny třpytí, je interference světla (viz obr. 1).

Rýže. 1. Interference světla v bublinách

Obrázek, který vidíme, může vypadat takto (viz obrázek 2).

Rýže. 2. Interferenční vzor

Jedná se o interferenci bílého světla, když na sklo položíme čočku a osvětlíme ji obyčejným bílým světlem.

Pokud používáte světelné filtry a osvětlujete monochromatickým světlem, mění se interferenční obrazec (mění se střídání tmavých a světlých pruhů) (viz obr. 3).

Rýže. 3. Použití filtrů

Nyní přejdeme k pozorování difrakce.

Difrakce je vlnový jev vlastní všem vlnám, který je pozorován na okrajových částech jakýchkoli objektů.

Zkušenost 4

Difrakce světla malou úzkou štěrbinou.

Posouváním jeho částí pomocí šroubů vytvoříme mezeru mezi čelistmi třmenu. Abychom mohli pozorovat difrakci světla, upneme mezi čelisti posuvného měřítka list papíru, takže tento list papíru lze následně vytáhnout. Poté tuto úzkou štěrbinu přiblížíme kolmo k oku. Pozorováním jasného zdroje světla (žárovky) skrz štěrbinu můžete vidět difrakci světla (viz obr. 4).

Rýže. 4. Difrakce světla tenkou štěrbinou

Zkušenost 5

Difrakce na silném papíře

Pokud vezmete silný list papíru a uděláte řez břitvou, pak přiblížením tohoto řezu papíru k oku a změnou umístění sousedních dvou listů můžete pozorovat difrakci světla.

Zkušenost 6

Difrakce s malou aperturou

K pozorování takové difrakce potřebujeme silný list papíru a špendlík. Pomocí špendlíku udělejte do plechu malou dírku. Poté otvor přiblížíme k oku a pozorujeme jasný zdroj světla. V tomto případě je viditelná difrakce světla (viz obr. 5).

Změna difrakčního vzoru závisí na velikosti otvoru.

Rýže. 5. Difrakce světla malou aperturou

Zkušenost 7

Difrakce světla na kusu husté průhledné látky (nylon, cambric).

Vezmeme cambrickou pásku a položíme ji v krátké vzdálenosti od očí a dívejme se skrz pásku na jasný zdroj světla. Uvidíme difrakci, tzn. vícebarevné pruhy a jasný kříž, který se bude skládat z čar difrakčního spektra.

Na obrázku jsou fotografie difrakce, kterou pozorujeme (viz obr. 6).

Rýže. 6. Difrakce světla

Zpráva: měl by prezentovat interferenční a difrakční obrazce, které byly pozorovány během práce.

Změna čar charakterizuje, jak probíhá konkrétní postup lomu a sčítání (odčítání) vln.

Na základě difrakčního obrazce získaného ze štěrbiny bylo vytvořeno speciální zařízení - difrakční mřížka. Je to soubor štěrbin, kterými prochází světlo. Toto zařízení je potřebné k provádění detailních studií světla. Například pro určení vlnové délky světla lze použít difrakční mřížku.

Fyzika().
Prvního září. Noviny vzdělávací a metodické ().

Laboratorní práce č. 1 3

Téma: Pozorování jevů interference a difrakce světla

Cíl: během experimentu prokázat existenci difrakce a inter-

rušení a také umět vysvětlit důvody vzniku rušení

tion a difrakční obrazce

Pokud je světlo proudem vln, pak by měl být jev pozorován rušení, tj. přidání dvou nebo více vln. Je však nemožné získat interferenční obrazec (střídající se maxima a minima osvětlení) pomocí dvou nezávislých světelných zdrojů.

K získání stabilního interferenčního vzoru jsou zapotřebí konzistentní (koherentní) vlny. Musí mít stejnou frekvenci a konstantní fázový rozdíl (nebo dráhový rozdíl) v libovolném bodě prostoru.

Stabilní interferenční obrazec je pozorován na tenkých filmech petroleje nebo oleje na povrchu vody, na povrchu mýdlové bubliny.

Newton získal jednoduchý interferenční obrazec pozorováním chování světla v tenké vrstvě vzduchu mezi skleněnou deskou a plochou konvexní čočkou na ní umístěnou.

Difrakce– vlny ohýbající se kolem okrajů překážek jsou vlastní každému vlnovému jevu. Vlny se odchylují od přímočarého šíření pod patrnými úhly pouze u překážek, jejichž rozměry jsou srovnatelné s vlnovou délkou a vlnová délka světla je velmi malá (4 10 -7 m - 8 10 -7 m).

V této laboratoři budeme moci pozorovat interferenci a

difrakce, jakož i vysvětlit tyto jevy na základě teorie.

Vybavení: - skleněné desky – 2 ks;

Útržky nylonu nebo cambric;

Lampa s přímým vláknem, svíčka;

Třmeny

Pracovní příkaz:

Poznámka : o provedení každého experimentu musí být vypracována zpráva podle

následující schéma: 1) výkres;

2) vysvětlení zážitku.

já . Pozorování jevu interference světla.

1. Skleněné pláty důkladně otřete, složte k sobě a vymačkejte prsty.

2. Prohlédněte si desky v odraženém světle , na tmavém pozadí (umístěte je

je nutné, aby se na povrchu skla nevytvářely příliš světlé odlesky

z oken nebo bílých stěn).

3. Na některých místech, kde se desky dotýkají, jsou pozorovány jasné duhové barvy

prstencové nebo nepravidelně tvarované pruhy.

4. Nakreslete pozorovaný interferenční obrazec.

II . Pozorování difrakčního jevu.

a) 1. Nainstalujte mezeru 0,05 mm širokou mezi čelisti třmenu.

2. Umístěte štěrbinu blízko oka a umístěte ji svisle.

3. Pohled skrz štěrbinu na svisle umístěný svítící závit

lampa, svíčka, hodinky, na obou stranách nitě jsou duhové pruhy

(difrakční spektra).

4. Zvětšením šířky štěrbiny si všimněte, jak tato změna ovlivňuje difrakci

obrázek.

5. Nakreslete a vysvětlete difrakční spektra získaná ze štěrbiny

třmeny pro lampu a pro svíčku.

b) 1. Pozorujte difrakční spektra pomocí útržků nylonu popř

2. Nakreslete a vysvětlete difrakční obrazec získaný na ploše

III . Po provedení experimentů udělejte na základě výsledků pozorování obecný závěr.

Bezpečnostní otázky:

1. Proč není pozorován v běžné místnosti, kde je mnoho světelných zdrojů?

rušení? Jaké podmínky musí tyto zdroje splňovat?

Uveďte tuto podmínku.

2. Jaký jev pozorujeme na povrchu mýdlových bublin?

Kdo a jak vysvětlil tento jev?

3. Jaké jsou Jungovy zkušenosti? Jaké jsou její výsledky?

4. Jaké překážky může světelná vlna ohnout?

5. K jakému jevu spolu s interferencí a difrakcí došlo při pozorování?

zkušenosti, které jsi měl? Jak se to projevilo?

Laboratorní práce na dané téma: "Pozorování interference a difrakce světla"

Účel práce: experimentálně studovat fenomén interference a difrakce.

Zařízení: elektrická lampa s rovným vláknem, dvě skleněné destičky, skleněná trubice, sklenice s roztokem mýdla, drátěný kroužek s rukojetí o průměru 30 mm, CD, posuvné měřítko, nylonová tkanina.

Teorie: Interference je jev charakteristický pro vlny jakékoli povahy: mechanické, elektromagnetické.

Rušení vln – sčítání v prostoru dvou (nebo několika) vln, ve kterých je v různých bodech výsledná vlna zesílena nebo zeslabena.

Interference je obvykle pozorována, když se vlny emitované stejným zdrojem světla překrývají a dostávají se do daného bodu různými způsoby. Je nemožné získat interferenční obrazec ze dvou nezávislých zdrojů, protože molekuly nebo atomy vyzařují světlo v samostatných sledech vln, nezávisle na sobě. Atomy vyzařují fragmenty světelných vln (vlaky), ve kterých jsou fáze kmitání náhodné. Vlaky jsou dlouhé asi 1 metr. Vlnové řady různých atomů se navzájem překrývají. Amplituda výsledných kmitů se v průběhu času chaoticky mění tak rychle, že oko nestihne tuto změnu vzorců vnímat. Člověk tedy vidí prostor rovnoměrně osvětlený. K vytvoření stabilního interferenčního vzoru jsou zapotřebí zdroje koherentních (shodných) vln.

Koherentní nazýváme vlny, které mají stejnou frekvenci a konstantní fázový rozdíl.

Amplituda výsledného posunutí v bodě C závisí na rozdílu vlnových drah ve vzdálenosti d2 – d1.

Maximální stav

, (Δd=d2-d1)

kde k=0; ± 1; ± 2; ± 3 ;…

(rozdíl v dráze vlny se rovná sudému počtu půlvln)

Vlny ze zdrojů A a B dorazí do bodu C ve stejných fázích a „vzájemně se posílí“.

φ A =φ B - oscilační fáze

Δφ=0 - fázový rozdíl

A = 2x max

Minimální stav

, (Δd=d2-d1)

kde k=0; ± 1; ± 2; ± 3;…

(rozdíl v dráze vlny se rovná lichému počtu půlvln)

Vlny ze zdrojů A a B dorazí do bodu C v protifázi a „vzájemně se zruší“.

φ A ≠φ B - fáze kmitání

Δφ=π - fázový rozdíl

A=0 – amplituda výsledné vlny.

Interferenční vzor– pravidelné střídání oblastí zvýšené a snížené intenzity světla.

Rušení světla– prostorová redistribuce energie světelného záření při superponování dvou nebo více světelných vln.

Vlivem difrakce je světlo vychýleno ze svého lineárního šíření (například v blízkosti okrajů překážek).

Difrakce – jev odchylky vlny od přímočarého šíření při průchodu malými otvory a ohýbání vlny kolem malých překážek.

Podmínky difrakce:d , kde d - velikost překážky,λ - vlnová délka. Rozměry překážek (otvorů) musí být menší nebo srovnatelné s vlnovou délkou.

Existence tohoto jevu (difrakce) omezuje rozsah aplikace zákonů geometrické optiky a je důvodem limitu rozlišovací schopnosti optických přístrojů.

Difrakční mřížka– optické zařízení, které je periodickou strukturou velkého množství pravidelně uspořádaných prvků, na kterých dochází k ohybu světla. Tahy se specifickým a konstantním profilem pro danou difrakční mřížku se opakují ve stejném intervalu d (období mřížky). Schopnost difrakční mřížky oddělit paprsek světla dopadajícího na ni podle vlnových délek je její hlavní vlastností. Jsou zde reflexní a průhledné difrakční mřížky.Moderní přístroje využívají především reflexní difrakční mřížky..

Podmínka pro pozorování difrakčního maxima:

d·sinφ=k·λ, kde k=0; ± 1; ± 2; ± 3; d - perioda mřížky, φ - úhel, pod kterým je pozorováno maximum, aλ - vlnová délka.

Z maximálního stavu to vyplývá sinφ=(k·λ)/d.

Nechť k=1, pak sinφ kr =λ kr /d a sinφ f =λ f /d.

Je známo, že λ cr >λ f, tedy sinφ cr >sinφ f. Protože y= sinφ f - funkce se tedy zvyšujeφ cr >φ f

Proto je fialová barva v difrakčním spektru umístěna blíže středu.

U jevů interference a difrakce světla je dodržován zákon zachování energie. V interferenční oblasti je světelná energie pouze redistribuována, aniž by byla přeměněna na jiné druhy energie. Nárůst energie v některých bodech interferenčního obrazce vzhledem k celkové světelné energii je kompenzován jejím poklesem v jiných bodech (celková světelná energie je světelná energie dvou světelných paprsků z nezávislých zdrojů). Světlé pruhy odpovídají energetickým maximům, tmavé pruhy energetickým minimům.

Postup prací:

Zkušenost 1. Ponořte drátěný kroužek do mýdlového roztoku.Na drátěném kroužku se vytvoří mýdlový film.

Umístěte jej svisle. Pozorujeme světlé a tmavé vodorovné pruhy, jejichž šířka se mění se změnou tloušťky filmu.

Vysvětlení. Vzhled světlých a tmavých pruhů se vysvětluje interferencí světelných vln odražených od povrchu filmu. trojúhelník d = 2h.Rozdíl v dráze světelných vln se rovná dvojnásobku tloušťky filmu.Při vertikální poloze má fólie klínovitý tvar. Rozdíl v dráze světelných vln v jeho horní části bude menší než ve spodní části. V těch místech filmu, kde se dráhový rozdíl rovná sudému počtu půlvln, jsou pozorovány světlé pruhy. A s lichým počtem půlvln - tmavé pruhy. Horizontální uspořádání pruhů je vysvětleno horizontálním uspořádáním čar stejné tloušťky filmu.

Mýdlový film osvětlujeme bílým světlem (z lampy). Pozorujeme, že světlé pruhy jsou zbarveny ve spektrálních barvách: nahoře modrá, dole červená.

Vysvětlení. Toto zbarvení se vysvětluje závislostí polohy světelných pruhů na vlnové délce dopadající barvy.

Také pozorujeme, že pruhy se rozšiřují a udržují svůj tvar a pohybují se dolů.

Vysvětlení. To se vysvětluje snížením tloušťky filmu, protože mýdlový roztok stéká dolů vlivem gravitace.

Zkušenost 2. Pomocí skleněné trubice vyfoukněte mýdlovou bublinu a pečlivě ji prohlédněte.Při osvětlení bílým světlem pozorujte tvorbu barevných interferenčních prstenců, zbarvených ve spektrálních barvách. Horní okraj každého světelného kroužku je modrý, spodní je červený. Jak se tloušťka filmu snižuje, kroužky, které se také roztahují, se pomalu pohybují dolů. Jejich prstencový tvar je vysvětlen prstencovými liniemi stejné tloušťky.

Odpovězte na otázky:

Proč jsou mýdlové bubliny duhové barvy?
Jaký tvar mají duhové pruhy?
Proč se barva bubliny neustále mění?

Zkušenosti 3*. Obě skleněné desky důkladně otřete, přiložte k sobě a prsty k sobě přitlačte. Kvůli nedokonalému tvaru styčných ploch se mezi deskami tvoří tenké vzduchové mezery.

	Když se světlo odráží od povrchů desek tvořících mezeru, objeví se jasné duhové pruhy - prstencového nebo nepravidelného tvaru. Když se změní síla stlačující desky, změní se umístění a tvar pásů.Načrtněte obrázky, které vidíte.

Vysvětlení: Plochy desek nemohou být zcela rovné, takže se dotýkají jen na pár místech. Kolem těchto míst se tvoří tenké vzduchové klíny různých tvarů, které dávají obraz interference. V procházejícím světle je maximální stav 2h=kl

Odpovězte na otázky:

Proč jsou v místech dotyku desek pozorovány světlé duhové prstencové nebo nepravidelně tvarované pruhy?

Vysvětlení : Jas difrakčních spekter závisí na frekvenci rýh aplikovaných na disk a na úhlu dopadu paprsků. Téměř rovnoběžné paprsky dopadající z vlákna lampy se odrážejí od sousedních konvexit mezi drážkami v bodech A a B. Paprsky odražené pod úhlem rovném úhlu dopadu tvoří obraz vlákna lampy ve formě bílé čáry. Paprsky odražené pod jinými úhly mají určitý dráhový rozdíl, v důsledku čehož dochází ke sčítání vln.

co pozoruješ? Vysvětlete pozorované jevy. Popište interferenční obrazec.

Povrch CD je spirálová stopa s roztečí úměrnou vlnové délce viditelného světla. Na jemně strukturovaném povrchu se objevují difrakční a interferenční jevy. Odlesky CD mají duhové zbarvení.

Zkušenost 5. Podívejte se skrz nylonovou tkaninu na vlákno hořící lampy. Otáčením látky kolem její osy docílíte jasného difrakčního vzoru v podobě dvou difrakčních pruhů křížených v pravém úhlu.

Vysvětlení : Uprostřed kříže je vidět maximum bílé difrakce. Při k=0 je rozdíl vlnových drah nulový, takže centrální maximum je bílé. Kříž je vytvořen proto, že vlákna tkaniny jsou dvě difrakční mřížky složené dohromady s navzájem kolmými štěrbinami. Vzhled spektrálních barev se vysvětluje skutečností, že bílé světlo se skládá z vln různých délek. Difrakční maximum světla pro různé vlnové délky se získá na různých místech.

Načrtněte pozorovaný difrakční kříž.Vysvětlete pozorované jevy.

Zaznamenejte závěr. Uveďte, ve kterém z vámi provedených experimentů byl pozorován jev interference a ve kterém difrakce.

Laboratorní práce na dané téma : "Pozorování interference a difrakce světla"

Účel práce: experimentálně studovat fenomén interference a difrakce.

Zařízení: elektrická lampa s rovným vláknem, dvě skleněné destičky, skleněná trubice, sklenice s mýdlovým roztokem, drátěný kroužek s rukojetí o průměru 30 mm, CD, nylonová tkanina, světelný filtr.

Teorie: Interference je jev charakteristický pro vlny jakékoli povahy: mechanické, elektromagnetické.

Rušení vln – sčítání v prostoru dvou (nebo několika) vln, ve kterých je v různých bodech výsledná vlna zesílena nebo zeslabena .

Koherentní nazýváme vlny, které mají stejnou frekvenci a konstantní fázový rozdíl.

Amplituda výsledného posunutí v bodě C závisí na rozdílu vlnových drah ve vzdálenosti d2 – d1.

Maximální stav

, (Ad=d 2 -d 1 )

Kde k=0; ± 1; ± 2; ± 3 ;…

(rozdíl v dráze vlny se rovná sudému počtu půlvln)

Vlny ze zdrojů A a B dorazí do bodu C ve stejných fázích a „vzájemně se posílí“.

φ A =φ B - oscilační fáze

Δφ=0 - fázový rozdíl

A = 2X max

Minimální stav

, (Ad=d 2 -d 1 )

Kde k=0; ± 1; ± 2; ± 3;…

(rozdíl v dráze vlny se rovná lichému počtu půlvln)

Vlny ze zdrojů A a B dorazí do bodu C v protifázi a „vzájemně se zruší“.

φ A ≠φ B - fáze kmitání

Δφ=π - fázový rozdíl

A=0 – amplituda výsledné vlny.

Interferenční vzor – pravidelné střídání oblastí zvýšené a snížené intenzity světla.

Rušení světla – prostorová redistribuce energie světelného záření při superponování dvou nebo více světelných vln.

Vlivem difrakce je světlo vychýleno ze svého lineárního šíření (například v blízkosti okrajů překážek).

Difrakce – jev odchylky vlny od přímočarého šíření při průchodu malými otvory a ohýbání vlny kolem malých překážek .

Podmínky difrakce : d< λ , Kde d - velikost překážky,λ - vlnová délka. Rozměry překážek (otvorů) musí být menší nebo srovnatelné s vlnovou délkou.

Existence tohoto jevu (difrakce) omezuje rozsah aplikace zákonů geometrické optiky a je důvodem limitu rozlišovací schopnosti optických přístrojů.

Difrakční mřížka – optické zařízení, které je periodickou strukturou velkého množství pravidelně uspořádaných prvků, na kterých dochází k ohybu světla. Tahy se specifickým a konstantním profilem pro danou difrakční mřížku se opakují ve stejném intervalud (období mřížky). Schopnost difrakční mřížky oddělit paprsek světla dopadajícího na ni podle vlnových délek je její hlavní vlastností. Jsou zde reflexní a průhledné difrakční mřížky.Moderní přístroje využívají především reflexní difrakční mřížky. .

Podmínka pro pozorování difrakčního maxima :

d·sinφ=k·λ, Kde k=0; ± 1; ± 2; ± 3; d - období mřížky , φ - úhel, pod kterým je pozorováno maximum, a λ - vlnová délka.

Z maximálního stavu to vyplývásinφ=(k·λ)/d .

Nechť tedy k=1 sinφ kr =λ kr /d A sinφ F =λ F /d.

To se ví λ kr >λ F , proto sinφ kr >sinφ F . Protože y=sinφ F - funkce se tedy zvyšujeφ kr >φ F

Proto je fialová barva v difrakčním spektru umístěna blíže středu.

U jevů interference a difrakce světla je dodržován zákon zachování energie . V interferenční oblasti je světelná energie pouze redistribuována, aniž by byla přeměněna na jiné druhy energie. Nárůst energie v některých bodech interferenčního obrazce vzhledem k celkové světelné energii je kompenzován jejím poklesem v jiných bodech (celková světelná energie je světelná energie dvou světelných paprsků z nezávislých zdrojů). Světlé pruhy odpovídají energetickým maximům, tmavé pruhy energetickým minimům.

Postup prací:

Zkušenost 1. Ponořte drátěný kroužek do mýdlového roztoku. Na drátěném kroužku se vytvoří mýdlový film.

Umístěte jej svisle. Pozorujeme světlé a tmavé vodorovné pruhy, jejichž šířka se mění se změnou tloušťky filmu.

Vysvětlení. Vzhled světlých a tmavých pruhů se vysvětluje interferencí světelných vln odražených od povrchu filmu. trojúhelník d = 2h.Rozdíl v dráze světelných vln se rovná dvojnásobku tloušťky filmu. Při vertikální poloze má fólie klínovitý tvar. Rozdíl v dráze světelných vln v jeho horní části bude menší než ve spodní části. V těch místech filmu, kde se dráhový rozdíl rovná sudému počtu půlvln, jsou pozorovány světlé pruhy. A s lichým počtem půlvln - tmavé pruhy. Horizontální uspořádání pruhů je vysvětleno horizontálním uspořádáním čar stejné tloušťky filmu.

Mýdlový film osvětlujeme bílým světlem (z lampy). Pozorujeme, že světlé pruhy jsou zbarveny ve spektrálních barvách: nahoře modrá, dole červená.

Vysvětlení. Toto zbarvení se vysvětluje závislostí polohy světelných pruhů na vlnové délce dopadající barvy.

Také pozorujeme, že pruhy se rozšiřují a udržují svůj tvar a pohybují se dolů.

Pokud používáte světelné filtry a osvětlujete monochromatickým světlem, mění se interferenční obrazec (mění se střídání tmavých a světlých pruhů)

Vysvětlení. To se vysvětluje snížením tloušťky filmu, protože mýdlový roztok stéká dolů vlivem gravitace.

Zkušenost 2. Pomocí skleněné trubice vyfoukněte mýdlovou bublinu a pečlivě ji prohlédněte. Při osvětlení bílým světlem pozorujte tvorbu barevných interferenčních prstenců, zbarvených ve spektrálních barvách. Horní okraj každého světelného kroužku je modrý, spodní je červený. Jak se tloušťka filmu snižuje, kroužky, které se také roztahují, se pomalu pohybují dolů. Jejich prstencový tvar je vysvětlen prstencovými liniemi stejné tloušťky.

Odpovězte na otázky:

Proč jsou mýdlové bubliny duhové barvy?

Jaký tvar mají duhové pruhy?

Proč se barva bubliny neustále mění?

Zkušenost 3. Obě skleněné desky důkladně otřete, přiložte k sobě a prsty k sobě přitlačte. Kvůli nedokonalému tvaru styčných ploch se mezi deskami tvoří tenké vzduchové mezery.

Vysvětlení: Plochy desek nemohou být zcela rovné, takže se dotýkají jen na pár místech. Kolem těchto míst se tvoří tenké vzduchové klíny různých tvarů, které dávají obraz interference. V procházejícím světle je maximální stav 2h=kl

Odpovězte na otázky:

Proč jsou v místech dotyku desek pozorovány světlé duhové prstencové nebo nepravidelně tvarované pruhy?

Proč se tvar a umístění interferenčních proužků mění se změnou tlaku?

Zkušenost 4. Podívejte se pozorně na povrch CD (na který se nahrává) z různých úhlů.

Vysvětlení : Jas difrakčních spekter závisí na frekvenci rýh aplikovaných na disk a na úhlu dopadu paprsků. Téměř rovnoběžné paprsky dopadající z vlákna lampy se odrážejí od sousedních konvexit mezi drážkami v bodech A a B. Paprsky odražené pod úhlem rovném úhlu dopadu tvoří obraz vlákna lampy ve formě bílé čáry. Paprsky odražené pod jinými úhly mají určitý dráhový rozdíl, v důsledku čehož dochází ke sčítání vln.

co pozoruješ? Vysvětlete pozorované jevy. Popište interferenční obrazec.

Zkušenost 5. Podívejte se skrz nylonovou tkaninu na vlákno hořící lampy. Otáčením látky kolem její osy docílíte jasného difrakčního vzoru v podobě dvou difrakčních pruhů křížených v pravém úhlu.

Vysvětlení : Uprostřed kříže je vidět maximum bílé difrakce. Při k=0 je rozdíl vlnových drah nulový, takže centrální maximum je bílé. Kříž je vytvořen proto, že vlákna tkaniny jsou dvě difrakční mřížky složené dohromady s navzájem kolmými štěrbinami. Vzhled spektrálních barev se vysvětluje skutečností, že bílé světlo se skládá z vln různých délek. Difrakční maximum světla pro různé vlnové délky se získá na různých místech.

Načrtněte pozorovaný difrakční kříž. Vysvětlete pozorované jevy.

Zkušenost 6.

Difrakce s malou aperturou

Zaznamenejte závěr. Uveďte, ve kterém z vámi provedených experimentů byl pozorován jev interference a ve kterém difrakce . Uveďte příklady interference a difrakce, se kterými jste se setkali.

Bezpečnostní otázky ( Každý žák si připraví odpovědi na otázky ):

co je světlo?

Kdo dokázal, že světlo je elektromagnetické vlnění?

Jaká je rychlost světla ve vakuu?

Kdo objevil interferenci světla?

Co vysvětluje duhové zbarvení tenkých interferenčních filmů?

Mohou světelné vlny vycházející ze dvou žárovek rušit? Proč?

Proč tlustá vrstva oleje nemá duhovou barvu?

Závisí poloha hlavních difrakčních maxim na počtu štěrbin mřížky?

Proč se viditelná duhová barva mýdlového filmu neustále mění?