Εργαστηριακή εργασία παρατήρησης του φαινομένου της παρεμβολής και της περίθλασης του φωτός. Παρατήρηση παρεμβολής και περίθλασης φωτός Παρατήρηση εργαστηρίου περίθλασης και παρεμβολής

Στόχος της εργασίας:παρατηρήστε την παρεμβολή και τη διάθλαση του φωτός.

Θεωρία.Παρεμβολή φωτός.Οι κυματικές ιδιότητες του φωτός αποκαλύπτονται πιο ξεκάθαρα στα φαινόμενα παρεμβολής και περίθλασης. Η παρεμβολή φωτός εξηγεί το χρώμα των φυσαλίδων σαπουνιού και των λεπτών μεμβρανών λαδιού στο νερό, αν και το διάλυμα σαπουνιού και το λάδι είναι άχρωμα. Τα κύματα φωτός ανακλώνται εν μέρει από την επιφάνεια μιας λεπτής μεμβράνης και εν μέρει περνούν σε αυτήν. Στο όριο του δεύτερου φιλμ, εμφανίζεται και πάλι μερική ανάκλαση των κυμάτων (Εικ. 1). Τα κύματα φωτός που ανακλώνται από δύο επιφάνειες μιας λεπτής μεμβράνης ταξιδεύουν προς την ίδια κατεύθυνση αλλά ακολουθούν διαφορετικές διαδρομές.

Εικόνα 1.

Για μια διαφορά διαδρομής που είναι πολλαπλάσιο ενός ακέραιου αριθμού μηκών κύματος:

παρατηρείται ένα μέγιστο παρεμβολής.

Για μια διαφορά l που είναι πολλαπλάσιο περιττού αριθμού ημικυμάτων:

, (2)

παρατηρείται ελάχιστη παρεμβολή. Όταν η μέγιστη συνθήκη ικανοποιείται για ένα μήκος κύματος φωτός, δεν ικανοποιείται για άλλα μήκη κύματος. Επομένως, όταν φωτίζεται από λευκό φως, μια λεπτή, άχρωμη, διαφανής μεμβράνη εμφανίζεται έγχρωμη. Όταν το πάχος του φιλμ ή η γωνία πρόσπτωσης των κυμάτων φωτός αλλάζει, η διαφορά διαδρομής αλλάζει και η μέγιστη συνθήκη ικανοποιείται για φως με διαφορετικό μήκος κύματος.

Το φαινόμενο της παρεμβολής σε λεπτές μεμβράνες χρησιμοποιείται για τον έλεγχο της ποιότητας της επιφανειακής επεξεργασίας και του καθαρισμού των οπτικών.

Περίθλαση φωτός.Όταν το φως διέρχεται από μια μικρή τρύπα στην οθόνη, παρατηρούνται εναλλασσόμενοι σκοτεινοί και φωτεινοί δακτύλιοι γύρω από το κεντρικό φωτεινό σημείο (Εικ. 2).

Σχήμα 2.

Εάν το φως διέρχεται από έναν στενό στόχο, το μοτίβο που προκύπτει φαίνεται στο Σχήμα 3.

Εικόνα 3.

Το φαινόμενο της απόκλισης του φωτός από την ευθύγραμμη κατεύθυνση διάδοσης όταν περνάει από την άκρη ενός εμποδίου ονομάζεται περίθλαση του φωτός.

Η εμφάνιση εναλλασσόμενων φωτεινών και σκοτεινών δακτυλίων στη γεωμετρική περιοχή σκιάς εξηγήθηκε από τον Γάλλο φυσικό Fresnel από το γεγονός ότι τα φωτεινά κύματα που φτάνουν ως αποτέλεσμα της περίθλασης από διαφορετικά σημεία της οπής σε ένα σημείο της οθόνης παρεμβαίνουν μεταξύ τους.

Συσκευές και αξεσουάρ:γυάλινες πλάκες - 2 τεμ., νάιλον ή καμπρικά πτερύγια, εκτεθειμένη φωτογραφική μεμβράνη με σχισμή από λεπίδα ξυραφιού, δίσκος γραμμοφώνου (ή θραύσμα δίσκου γραμμοφώνου), δαγκάνες, λάμπα με ίσιο νήμα (ένα για ολόκληρο ομάδα), χρωματιστά μολύβια.

Εντολή εργασίας:

1. Παρατήρηση παρεμβολών:

1.1. Σκουπίστε καλά τις γυάλινες πλάκες, διπλώστε τις μεταξύ τους και πιέστε τις με τα δάχτυλά σας.

1.2. Εξετάστε τις πλάκες σε ανακλώμενο φως σε σκούρο φόντο (πρέπει να τοποθετηθούν έτσι ώστε να μην σχηματίζονται πολύ φωτεινές αντανακλάσεις από παράθυρα ή λευκούς τοίχους στην επιφάνεια του γυαλιού).

1.3. Σε ορισμένα σημεία όπου τα πιάτα εφάπτονται, παρατηρήστε φωτεινές ρίγες σε σχήμα δακτυλίου ή ακανόνιστου σχήματος στο χρώμα του ουράνιου τόξου.

1.4. Παρατηρήστε αλλαγές στο σχήμα και τη θέση των κροσσών παρεμβολής που προκύπτουν με αλλαγές στην πίεση.

1.5. Προσπαθήστε να δείτε το μοτίβο παρεμβολής στο εκπεμπόμενο φως και σκιαγραφήστε το στο πρωτόκολλο.

1.6. Εξετάστε το μοτίβο παρεμβολής όταν το φως χτυπά την επιφάνεια ενός συμπαγούς δίσκου και σχεδιάστε το στο πρωτόκολλο.

2. Παρατήρηση περίθλασης:

2.1. Τοποθετήστε ένα κενό πλάτους 0,5 mm μεταξύ των σιαγόνων της δαγκάνας.

2.2. Τοποθετήστε τη σχισμή κοντά στο μάτι, τοποθετώντας το οριζόντια.

2.3. Κοιτάζοντας μέσα από μια σχισμή σε ένα οριζόντια τοποθετημένο νήμα φωτεινής λάμπας, παρατηρήστε λωρίδες ουράνιου τόξου (φάσματα περίθλασης) και στις δύο πλευρές του νήματος.

2.4. Αλλάζοντας το πλάτος της σχισμής από 0,5 σε 0,8 mm, παρατηρήστε πώς αυτή η αλλαγή επηρεάζει τα φάσματα περίθλασης.

2.5. Σκιαγράφησε το μοτίβο περίθλασης στο πρωτόκολλο.

2.6. Παρατηρήστε τα φάσματα περίθλασης στο εκπεμπόμενο φως χρησιμοποιώντας πτερύγια από νάιλον ή καμπρικό.

2.7. Σκιαγράφησε τα μοτίβα παρεμβολής και περίθλασης που παρατηρήθηκαν.

3. Βγάλτε ένα συμπέρασμα για τη δουλειά που έγινε.

4. Απάντησε σε ερωτήσεις ασφαλείας.

Ερωτήσεις ελέγχου:

1. Πώς παράγονται τα συνεκτικά κύματα φωτός;

2. Ποιο φυσικό χαρακτηριστικό των κυμάτων φωτός είναι υπεύθυνο για τη διαφορά στο χρώμα;

3. Μετά το χτύπημα του διαφανούς πάγου με μια πέτρα, εμφανίζονται ρωγμές που λαμπυρίζουν από όλα τα χρώματα του ουράνιου τόξου. Γιατί;

4. Τι βλέπετε όταν κοιτάτε μια λάμπα μέσα από το φτερό ενός πουλιού;

5. Πώς διαφέρουν τα φάσματα που αφομοιώνονται από ένα πρίσμα από τα φάσματα περίθλασης;

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Νο 17.

Θέμα: Οπτική

Μάθημα: Πρακτική εργασία με θέμα «Παρατήρηση παρεμβολής και περίθλασης φωτός»

Ονομα:«Παρατήρηση παρεμβολής και περίθλασης φωτός».

Στόχος:μελετήσει πειραματικά την παρεμβολή και τη διάθλαση του φωτός.

Εξοπλισμός:ίσιος λαμπτήρας πυράκτωσης, 2 γυάλινες πλάκες, συρμάτινο πλαίσιο, διάλυμα σαπουνιού, παχύμετρο, χοντρό χαρτί, κομμάτι καμβρίου, νάιλον κλωστή, σφιγκτήρας.

Εμπειρία 1

Παρατήρηση του σχεδίου παρεμβολής χρησιμοποιώντας γυάλινες πλάκες.

Παίρνουμε δύο γυάλινα πιάτα, τα σκουπίζουμε καλά πριν το κάνουμε, μετά τα διπλώνουμε σφιχτά και τα συμπιέζουμε. Το σχέδιο παρεμβολής που βλέπουμε στις πλάκες πρέπει να σκιαγραφηθεί.

Για να δείτε την αλλαγή στην εικόνα ανάλογα με το βαθμό συμπίεσης του γυαλιού, πρέπει να πάρετε τη συσκευή σύσφιξης και να χρησιμοποιήσετε βίδες για να συμπιέσετε τις πλάκες. Ως αποτέλεσμα, το μοτίβο παρεμβολής αλλάζει.

Εμπειρία 2

Παρεμβολή σε λεπτές μεμβράνες.

Για να παρατηρήσετε αυτό το πείραμα, πάρτε σαπουνόνερο και ένα συρμάτινο πλαίσιο και μετά παρακολουθήστε πώς σχηματίζεται ένα λεπτό φιλμ. Εάν το πλαίσιο χαμηλώσει σε σαπουνόνερο, τότε μετά την ανύψωσή του θα είναι ορατή μια μεμβράνη σαπουνιού. Παρατηρώντας αυτό το φιλμ στο ανακλώμενο φως, μπορούν να φανούν κρόσσια παρεμβολής.

Εμπειρία 3

Παρεμβολή στις σαπουνόφουσκες.

Για να παρατηρήσουμε, θα χρησιμοποιήσουμε ένα διάλυμα σαπουνιού. Φύσημα σαπουνόφουσκες. Ο τρόπος με τον οποίο λαμπυρίζουν οι φυσαλίδες είναι η παρεμβολή του φωτός (βλ. Εικ. 1).

Ρύζι. 1. Παρεμβολή φωτός σε φυσαλίδες

Η εικόνα που βλέπουμε μπορεί να μοιάζει με αυτό (βλ. Εικόνα 2).

Ρύζι. 2. Μοτίβο παρεμβολών

Αυτή είναι η παρεμβολή λευκού φωτός όταν βάζουμε ένα φακό στο γυαλί και το φωτίζουμε με απλό λευκό φως.

Εάν χρησιμοποιείτε φίλτρα φωτός και φωτίζετε με μονόχρωμο φως, το μοτίβο παρεμβολής αλλάζει (αλλάζει η εναλλαγή σκοτεινών και ανοιχτόχρωμων λωρίδων) (βλ. Εικ. 3).

Ρύζι. 3. Χρήση φίλτρων

Τώρα ας προχωρήσουμε στην παρατήρηση της περίθλασης.

Η περίθλαση είναι ένα κυματικό φαινόμενο εγγενές σε όλα τα κύματα, το οποίο παρατηρείται στα άκρα οποιωνδήποτε αντικειμένων.

Εμπειρία 4

Περίθλαση φωτός από μια μικρή στενή σχισμή.

Ας δημιουργήσουμε ένα κενό μεταξύ των σιαγόνων της δαγκάνας μετακινώντας τα μέρη του χρησιμοποιώντας βίδες. Για να παρατηρήσουμε τη διάθλαση του φωτός, σφίγγουμε ένα φύλλο χαρτιού ανάμεσα στις σιαγόνες του παχύμετρου, ώστε αυτό το φύλλο χαρτιού στη συνέχεια να τραβηχτεί προς τα έξω. Μετά από αυτό, φέρνουμε αυτή τη στενή σχισμή κάθετα κοντά στο μάτι. Παρατηρώντας μια φωτεινή πηγή φωτός (λάμπα πυρακτώσεως) μέσα από μια σχισμή, μπορείτε να δείτε τη διάθλαση του φωτός (βλ. Εικ. 4).

Ρύζι. 4. Περίθλαση φωτός με λεπτή σχισμή

Εμπειρία 5

Περίθλαση σε χοντρό χαρτί

Εάν πάρετε ένα χοντρό φύλλο χαρτιού και κάνετε μια τομή με ένα ξυράφι, τότε φέρνοντας αυτό το κομμάτι χαρτιού κοντά στο μάτι και αλλάζοντας τη θέση των διπλανών δύο φύλλων, μπορείτε να παρατηρήσετε τη διάθλαση του φωτός.

Εμπειρία 6

Περίθλαση μικρού διαφράγματος

Για να παρατηρήσουμε μια τέτοια περίθλαση, χρειαζόμαστε ένα χοντρό φύλλο χαρτιού και μια καρφίτσα. Χρησιμοποιώντας μια καρφίτσα, κάντε μια μικρή τρύπα στο φύλλο. Στη συνέχεια φέρνουμε την τρύπα κοντά στο μάτι και παρατηρούμε μια φωτεινή πηγή φωτός. Σε αυτή την περίπτωση, η διάθλαση του φωτός είναι ορατή (βλ. Εικ. 5).

Η αλλαγή στο σχέδιο περίθλασης εξαρτάται από το μέγεθος της οπής.

Ρύζι. 5. Περίθλαση φωτός από μικρό άνοιγμα

Εμπειρία 7

Περίθλαση φωτός σε ένα κομμάτι πυκνού διαφανούς υφάσματος (νάιλον, καμπρικό).

Ας πάρουμε μια καμπρική ταινία και, τοποθετώντας την σε μικρή απόσταση από τα μάτια, κοιτάξουμε μέσα από την ταινία σε μια φωτεινή πηγή φωτός. Θα δούμε περίθλαση, δηλ. πολύχρωμες ρίγες και ένας φωτεινός σταυρός, ο οποίος θα αποτελείται από γραμμές του φάσματος περίθλασης.

Το σχήμα δείχνει φωτογραφίες της περίθλασης που παρατηρούμε (βλ. Εικ. 6).

Ρύζι. 6. Περίθλαση φωτός

Κανω ΑΝΑΦΟΡΑ:θα πρέπει να παρουσιάζει τα σχήματα παρεμβολής και περίθλασης που παρατηρήθηκαν κατά τη διάρκεια της εργασίας.

Η αλλαγή στις γραμμές χαρακτηρίζει πώς συμβαίνει μια συγκεκριμένη διαδικασία διάθλασης και πρόσθεσης (αφαίρεσης) κυμάτων.

Με βάση το σχέδιο περίθλασης που λαμβάνεται από τη σχισμή, δημιουργήθηκε μια ειδική συσκευή - πλέγμα περίθλασης. Είναι ένα σύνολο σχισμών από τις οποίες περνά το φως. Αυτή η συσκευή είναι απαραίτητη για τη διεξαγωγή λεπτομερών μελετών φωτός. Για παράδειγμα, ένα πλέγμα περίθλασης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό του μήκους κύματος του φωτός.

Η φυσικη().
Πρώτη Σεπτεμβρίου. Εκπαιδευτική και μεθοδολογική εφημερίδα ().

Εργαστηριακή εργασία Νο 1 3

Θέμα: Παρατήρηση των φαινομένων παρεμβολής και περίθλασης του φωτός

Στόχος: κατά τη διάρκεια του πειράματος, να αποδείξετε την ύπαρξη περίθλασης και δια-

παρεμβολή, και επίσης να είναι σε θέση να εξηγήσει τους λόγους για το σχηματισμό παρεμβολών

μοτίβα ιόντων και περίθλασης

Εάν το φως είναι ένα ρεύμα κυμάτων, τότε το φαινόμενο πρέπει να παρατηρηθεί παρέμβαση,δηλαδή η προσθήκη δύο ή περισσότερων κυμάτων. Ωστόσο, είναι αδύνατο να ληφθεί ένα μοτίβο παρεμβολής (εναλλασσόμενα μέγιστα και ελάχιστα φωτισμού) χρησιμοποιώντας δύο ανεξάρτητες πηγές φωτός.

Για να αποκτήσετε ένα σταθερό μοτίβο παρεμβολής, απαιτούνται συνεπή (συνεκτικά) κύματα. Πρέπει να έχουν την ίδια συχνότητα και σταθερή διαφορά φάσης (ή διαφορά διαδρομής) σε οποιοδήποτε σημείο του χώρου.

Ένα σταθερό σχέδιο παρεμβολής παρατηρείται σε λεπτές μεμβράνες κηροζίνης ή λαδιού στην επιφάνεια του νερού, στην επιφάνεια μιας σαπουνόφουσκας.

Ο Νεύτωνας απέκτησε ένα απλό μοτίβο παρεμβολής παρατηρώντας τη συμπεριφορά του φωτός σε ένα λεπτό στρώμα αέρα μεταξύ μιας γυάλινης πλάκας και ενός επίπεδου κυρτού φακού που τοποθετείται σε αυτό.

Περίθλαση– Τα κύματα που κάμπτονται γύρω από τις άκρες των εμποδίων είναι εγγενή σε οποιοδήποτε κυματικό φαινόμενο. Τα κύματα αποκλίνουν από την ευθύγραμμη διάδοση υπό αισθητές γωνίες μόνο σε εμπόδια των οποίων οι διαστάσεις είναι συγκρίσιμες με το μήκος κύματος και το μήκος κύματος του φωτός είναι πολύ μικρό (4 10 -7 m - 8 10 -7 m).

Σε αυτό το εργαστήριο θα μπορέσουμε να παρατηρήσουμε παρεμβολές και

περίθλασης, καθώς και να εξηγήσουν αυτά τα φαινόμενα με βάση τη θεωρία.

Εξοπλισμός: -γυάλινες πλάκες - 2 τεμ.;

Κομμάτια από νάιλον ή καμπρικ.

Ευθύς λαμπτήρας πυράκτωσης, κερί.

Διαβήτης

Εντολή εργασίας:

Σημείωση : πρέπει να συντάσσεται έκθεση για την υλοποίηση κάθε πειράματος σύμφωνα με

το ακόλουθο διάγραμμα: 1) σχέδιο?

2) εξήγηση της εμπειρίας.

Εγώ . Παρατήρηση του φαινομένου της παρεμβολής φωτός.

1. Σκουπίστε καλά τις γυάλινες πλάκες, τοποθετήστε τις μεταξύ τους και πιέστε τις με τα δάχτυλά σας.

2. Εξετάστε τις πλάκες στο ανακλώμενο φως , σε σκούρο φόντο (τοποθετήστε τα

είναι απαραίτητο για να μην σχηματίζονται πολύ φωτεινές αντανακλάσεις στην επιφάνεια του γυαλιού

από παράθυρα ή λευκούς τοίχους).

3. Σε ορισμένα σημεία που εφάπτονται οι πλάκες, παρατηρούνται έντονα χρώματα ουράνιου τόξου

λωρίδες σε σχήμα δακτυλίου ή ακανόνιστου σχήματος.

4. Σχεδιάστε το μοτίβο παρεμβολής που παρατηρήθηκε.

II . Παρατήρηση του φαινομένου της περίθλασης.

α) 1. Τοποθετήστε ένα διάκενο πλάτους 0,05 mm μεταξύ των σιαγόνων της δαγκάνας.

2. Τοποθετήστε τη σχισμή κοντά στο μάτι, τοποθετώντας το κάθετα.

3. Κοιτάζοντας μέσα από τη σχισμή ένα κατακόρυφα τοποθετημένο φωτεινό νήμα

λάμπα, κερί, ρολόι, υπάρχουν ρίγες ουράνιου τόξου και στις δύο πλευρές του νήματος

(φάσματα περίθλασης).

4. Αυξάνοντας το πλάτος της σχισμής, παρατηρήστε πώς αυτή η αλλαγή επηρεάζει την περίθλαση

εικόνα.

5. Σχεδιάστε και εξηγήστε τα φάσματα περίθλασης που λαμβάνονται από τη σχισμή

δαγκάνες για τη λάμπα και για το κερί.

β) 1. Παρατηρήστε τα φάσματα περίθλασης χρησιμοποιώντας κομμάτια νάιλον ή

2. Σχεδιάστε και εξηγήστε το μοτίβο περίθλασης που προκύπτει στο έμπλαστρο

III . Μετά τη διεξαγωγή των πειραμάτων, βγάλτε ένα γενικό συμπέρασμα με βάση τα αποτελέσματα των παρατηρήσεων.

Ερωτήσεις ελέγχου:

1. Γιατί δεν παρατηρείται σε ένα συνηθισμένο δωμάτιο όπου υπάρχουν πολλές πηγές φωτός;

παρέμβαση; Ποια προϋπόθεση πρέπει να πληρούν αυτές οι πηγές;

Δηλώστε αυτήν την προϋπόθεση.

2. Τι φαινόμενο παρατηρείται στην επιφάνεια των σαπουνόφουσκες;

Ποιος εξήγησε αυτό το φαινόμενο και πώς;

3. Ποια είναι η εμπειρία του Jung; Ποια είναι τα αποτελέσματά του;

4. Ποια εμπόδια μπορεί να λυγίσει ένα ελαφρύ κύμα;

5. Ποιο φαινόμενο, μαζί με την παρεμβολή και την περίθλαση, έλαβε χώρα στην παρατήρηση;

εμπειρίες που είχατε; Πώς εκδηλώθηκε αυτό;

Εργαστηριακή εργασία για το θέμα: "Παρατήρηση παρεμβολής και διάθλασης φωτός"

Στόχος της εργασίας: μελετήσει πειραματικά το φαινόμενο της παρεμβολής και της περίθλασης.

Εξοπλισμός: μια ηλεκτρική λάμπα με ένα ίσιο νήμα, δύο γυάλινες πλάκες, ένα γυάλινο σωλήνα, ένα ποτήρι με διάλυμα σαπουνιού, ένα συρμάτινο δακτύλιο με λαβή διαμέτρου 30 mm, ένα CD, μια παχύμετρα, νάιλον ύφασμα.

Θεωρία: Η παρεμβολή είναι ένα φαινόμενο χαρακτηριστικό των κυμάτων οποιασδήποτε φύσης: μηχανικά, ηλεκτρομαγνητικά.

Παρεμβολή κυμάτων – προσθήκη στο διάστημα δύο (ή πολλών) κυμάτων, στα οποία σε διαφορετικά σημεία το κύμα που προκύπτει ενισχύεται ή εξασθενεί.

Η παρεμβολή παρατηρείται συνήθως όταν τα κύματα που εκπέμπονται από την ίδια πηγή φωτός υπερτίθενται και φτάνουν σε ένα δεδομένο σημείο με διαφορετικούς τρόπους. Είναι αδύνατο να ληφθεί ένα μοτίβο παρεμβολής από δύο ανεξάρτητες πηγές, επειδή μόρια ή άτομα εκπέμπουν φως σε ξεχωριστές ομάδες κυμάτων, ανεξάρτητα το ένα από το άλλο. Τα άτομα εκπέμπουν θραύσματα ελαφρών κυμάτων (τρένο), στα οποία οι φάσεις ταλάντωσης είναι τυχαίες. Τα τρένα έχουν μήκος περίπου 1 μέτρο. Κυματικά τρένα διαφορετικών ατόμων επικαλύπτονται μεταξύ τους. Το πλάτος των ταλαντώσεων που προκύπτουν αλλάζει χαοτικά με την πάροδο του χρόνου τόσο γρήγορα που το μάτι δεν έχει χρόνο να αντιληφθεί αυτή την αλλαγή στα μοτίβα. Επομένως, ένα άτομο βλέπει τον χώρο ομοιόμορφα φωτισμένο. Για να σχηματιστεί ένα σταθερό μοτίβο παρεμβολής, απαιτούνται συνεκτικές (ταιριασμένες) πηγές κυμάτων.

Συναφής Τα κύματα που έχουν την ίδια συχνότητα και σταθερή διαφορά φάσης ονομάζονται.

Το πλάτος της μετατόπισης που προκύπτει στο σημείο C εξαρτάται από τη διαφορά στις διαδρομές των κυμάτων σε απόσταση d2 – d1.

Μέγιστη κατάσταση

, (Δd=d 2 -d 1 )

όπου k=0; ± 1; ± 2; ± 3 ;…

(η διαφορά στη διαδρομή του κύματος είναι ίση με έναν ζυγό αριθμό μισών κυμάτων)

Τα κύματα από τις πηγές Α και Β θα φτάσουν στο σημείο Γ στις ίδιες φάσεις και θα «ενισχύουν το ένα το άλλο».

φ Α =φ Β - φάσεις ταλάντωσης

Δφ=0 - διαφορά φάσης

Α=2Χ μέγ

Ελάχιστη κατάσταση

, (Δd=d 2 -d 1 )

όπου k=0; ± 1; ± 2; ± 3;…

(η διαφορά στη διαδρομή του κύματος είναι ίση με έναν περιττό αριθμό μισών κυμάτων)

Τα κύματα από τις πηγές Α και Β θα φτάσουν στο σημείο Γ σε αντιφάση και «ακυρώνονται το ένα το άλλο».

φ A ≠φ B - φάσεις ταλάντωσης

Δφ=π - διαφορά φάσης

Α=0 – πλάτος του κύματος που προκύπτει.

Μοτίβο παρεμβολών– Τακτική εναλλαγή περιοχών αυξημένης και μειωμένης έντασης φωτός.

Παρεμβολή φωτός– χωρική ανακατανομή της ενέργειας της φωτεινής ακτινοβολίας όταν υπερτίθενται δύο ή περισσότερα κύματα φωτός.

Λόγω της περίθλασης, το φως αποκλίνει από τη γραμμική του διάδοση (για παράδειγμα, κοντά στις άκρες των εμποδίων).

Περίθλαση - το φαινόμενο της απόκλισης του κύματος από την ευθύγραμμη διάδοση όταν περνά μέσα από μικρές τρύπες και το κύμα κάμπτεται γύρω από μικρά εμπόδια.

Συνθήκη περίθλασης:ρε , όπου δ – το μέγεθος του εμποδίου,λ - μήκος κύματος. Οι διαστάσεις των εμποδίων (οπών) πρέπει να είναι μικρότερες ή συγκρίσιμες με το μήκος κύματος.

Η ύπαρξη αυτού του φαινομένου (διάθλαση) περιορίζει το πεδίο εφαρμογής των νόμων της γεωμετρικής οπτικής και είναι ο λόγος για το όριο της διακριτικής ικανότητας των οπτικών οργάνων.

Σχάρα περίθλασης– μια οπτική συσκευή που είναι μια περιοδική δομή ενός μεγάλου αριθμού κανονικά διατεταγμένων στοιχείων στα οποία συμβαίνει διάθλαση φωτός. Οι διαδρομές με συγκεκριμένο και σταθερό προφίλ για ένα δεδομένο πλέγμα περίθλασης επαναλαμβάνονται στο ίδιο διάστημαρε (περίοδος πλέγματος). Η ικανότητα ενός πλέγματος περίθλασης να διαχωρίζει μια δέσμη φωτός που προσπίπτει σε αυτό σύμφωνα με τα μήκη κύματος είναι η κύρια ιδιότητά του. Υπάρχουν αντανακλαστικά και διαφανή πλέγματα περίθλασης.Τα σύγχρονα όργανα χρησιμοποιούν κυρίως ανακλαστικές σχάρες περίθλασης..

Συνθήκη για την παρατήρηση του μέγιστου περίθλασης:

d·sinφ=k·λ, όπου k=0; ± 1; ± 2; ± 3; d - περίοδος πλέγματος, φ - τη γωνία στην οποία παρατηρείται το μέγιστο, καιλ - μήκος κύματος.

Από τη μέγιστη συνθήκη προκύπτει sinφ=(k·λ)/d.

Έστω k=1, τότε sinφ kr =λ kr /d και sinφ f =λ f /d.

Είναι γνωστό ότι λ cr >λ f, άρα sinφ cr >sinφ f. Επειδή y= sinφ f -η λειτουργία αυξάνεται, λοιπόν

φ cr >φ f

Επομένως, το ιώδες χρώμα στο φάσμα περίθλασης βρίσκεται πιο κοντά στο κέντρο.Στα φαινόμενα παρεμβολής και περίθλασης του φωτός τηρείται ο νόμος διατήρησης της ενέργειας

. Στην περιοχή παρεμβολής, η φωτεινή ενέργεια ανακατανέμεται μόνο χωρίς να μετατρέπεται σε άλλους τύπους ενέργειας. Η αύξηση της ενέργειας σε ορισμένα σημεία του σχεδίου παρεμβολής σε σχέση με τη συνολική φωτεινή ενέργεια αντισταθμίζεται από τη μείωση της σε άλλα σημεία (η συνολική φωτεινή ενέργεια είναι η φωτεινή ενέργεια δύο δεσμών φωτός από ανεξάρτητες πηγές). Οι ανοιχτόχρωμες λωρίδες αντιστοιχούν στα ενεργειακά μέγιστα, οι σκούρες λωρίδες αντιστοιχούν στα ενεργειακά ελάχιστα.

Πρόοδος: Εμπειρία 1.Βουτήξτε το συρμάτινο δακτύλιο στο διάλυμα σαπουνιού.

Στο συρμάτινο δακτύλιο σχηματίζεται μια μεμβράνη σαπουνιού.

Τοποθετήστε το κάθετα. Παρατηρούμε ανοιχτές και σκούρες οριζόντιες ρίγες που αλλάζουν σε πλάτος καθώς αλλάζει το πάχος του φιλμ. Εξήγηση.Η εμφάνιση φωτεινών και σκοτεινών λωρίδων εξηγείται από την παρεμβολή των φωτεινών κυμάτων που αντανακλώνται από την επιφάνεια του φιλμ. τρίγωνο d = 2h.Η διαφορά στη διαδρομή των κυμάτων φωτός είναι ίση με το διπλάσιο του πάχους του φιλμ.

Όταν τοποθετείται κάθετα, η μεμβράνη έχει σχήμα σφήνας. Η διαφορά στη διαδρομή των κυμάτων φωτός στο πάνω μέρος του θα είναι μικρότερη από ό,τι στο κάτω μέρος. Σε εκείνα τα σημεία του φιλμ όπου η διαφορά διαδρομής είναι ίση με ζυγό αριθμό μισών κυμάτων, παρατηρούνται ελαφριές λωρίδες. Και με μονό αριθμό μισών κυμάτων - σκούρες ρίγες. Η οριζόντια διάταξη των λωρίδων εξηγείται από την οριζόντια διάταξη γραμμών ίσου πάχους φιλμ.

Τοποθετήστε το κάθετα. Παρατηρούμε ανοιχτές και σκούρες οριζόντιες ρίγες που αλλάζουν σε πλάτος καθώς αλλάζει το πάχος του φιλμ. Αυτός ο χρωματισμός εξηγείται από την εξάρτηση της θέσης των φωτεινών λωρίδων από το μήκος κύματος του προσπίπτοντος χρώματος.

Παρατηρούμε επίσης ότι οι ρίγες, διαστέλλοντας και διατηρώντας το σχήμα τους, κινούνται προς τα κάτω.

Τοποθετήστε το κάθετα. Παρατηρούμε ανοιχτές και σκούρες οριζόντιες ρίγες που αλλάζουν σε πλάτος καθώς αλλάζει το πάχος του φιλμ. Αυτό εξηγείται από τη μείωση του πάχους του φιλμ, καθώς το διάλυμα σαπουνιού ρέει προς τα κάτω υπό την επίδραση της βαρύτητας.

Εμπειρία 2. Χρησιμοποιώντας ένα γυάλινο σωλήνα, φυσήξτε μια σαπουνόφουσκα και εξετάστε την προσεκτικά.Όταν φωτίζεται με λευκό φως, παρατηρήστε το σχηματισμό χρωματιστών δακτυλίων παρεμβολής, χρωματισμένα σε φασματικά χρώματα. Το επάνω άκρο κάθε φωτεινού δακτυλίου είναι μπλε, το κάτω μέρος είναι κόκκινο. Καθώς το πάχος του φιλμ μειώνεται, οι δακτύλιοι, που διαστέλλονται επίσης, κινούνται αργά προς τα κάτω. Η δακτυλιοειδής μορφή τους εξηγείται από τις δακτυλιοειδείς γραμμές ίσου πάχους.

Απάντησε στις ερωτήσεις:

Γιατί οι σαπουνόφουσκες έχουν χρώμα ουράνιου τόξου;
Τι σχήμα έχουν οι ρίγες του ουράνιου τόξου;
Γιατί το χρώμα της φυσαλίδας αλλάζει συνεχώς;

Εμπειρία 3*. Σκουπίστε καλά τα δύο γυάλινα πιάτα, τοποθετήστε τα μεταξύ τους και πιέστε τα μαζί με τα δάχτυλά σας. Λόγω του ατελούς σχήματος των επιφανειών επαφής, σχηματίζονται λεπτά κενά αέρα μεταξύ των πλακών.

	Όταν το φως αντανακλάται από τις επιφάνειες των πλακών που σχηματίζουν το κενό, εμφανίζονται φωτεινές λωρίδες ουράνιου τόξου - σε σχήμα δακτυλίου ή ακανόνιστου σχήματος. Όταν αλλάζει η δύναμη που συμπιέζει τις πλάκες, αλλάζει η θέση και το σχήμα των λωρίδων.Σκιαγράφησε τις εικόνες που βλέπεις.

Εξήγηση: Οι επιφάνειες των πλακών δεν μπορούν να είναι τελείως επίπεδες, επομένως εφάπτονται μόνο σε λίγα σημεία. Γύρω από αυτές τις θέσεις, σχηματίζονται λεπτές σφήνες αέρα διαφόρων σχημάτων, δίνοντας ένα σχέδιο παρεμβολής. Στο εκπεμπόμενο φως η μέγιστη συνθήκη είναι 2h=kl

Απάντησε στις ερωτήσεις:

Γιατί παρατηρούνται φωτεινές λωρίδες ουράνιου τόξου σε σχήμα δακτυλίου ή ακανόνιστου σχήματος στα σημεία που εφάπτονται οι πλάκες;

Εξήγηση : Η φωτεινότητα των φασμάτων περίθλασης εξαρτάται από τη συχνότητα των αυλακώσεων που εφαρμόζονται στο δίσκο και από τη γωνία πρόσπτωσης των ακτίνων. Σχεδόν παράλληλες ακτίνες που προσπίπτουν από το νήμα του λαμπτήρα ανακλώνται από γειτονικές κυρτότητες μεταξύ των αυλακώσεων στα σημεία Α και Β. Οι ακτίνες που ανακλώνται σε γωνία ίση με τη γωνία πρόσπτωσης σχηματίζουν μια εικόνα του νήματος της λάμπας με τη μορφή λευκής γραμμής. Οι ακτίνες που ανακλώνται σε άλλες γωνίες έχουν μια ορισμένη διαφορά διαδρομής, ως αποτέλεσμα της οποίας συμβαίνει η προσθήκη κυμάτων.

Τι παρατηρείτε; Εξηγήστε τα παρατηρούμενα φαινόμενα. Περιγράψτε το μοτίβο παρεμβολών.

Η επιφάνεια ενός CD είναι ένα σπειροειδές κομμάτι με βήμα ανάλογο με το μήκος κύματος του ορατού φωτός. Φαινόμενα περίθλασης και παρεμβολής εμφανίζονται σε μια επιφάνεια με λεπτή δομή. Η λάμψη των CD έχει χρωματισμό ουράνιου τόξου.

Εμπειρία 5. Κοιτάξτε μέσα από το νάιλον ύφασμα το νήμα της αναμμένης λάμπας. Περιστρέφοντας το ύφασμα γύρω από τον άξονά του, επιτύχετε ένα καθαρό σχέδιο περίθλασης με τη μορφή δύο λωρίδων περίθλασης που διασταυρώνονται σε ορθή γωνία.

Εξήγηση : Ένα λευκό μέγιστο περίθλασης είναι ορατό στο κέντρο του σταυρού. Στο k=0, η διαφορά στις διαδρομές των κυμάτων είναι μηδέν, άρα το κεντρικό μέγιστο είναι λευκό. Ο σταυρός σχηματίζεται επειδή οι κλωστές του υφάσματος είναι δύο σχάρες περίθλασης διπλωμένες μεταξύ τους με αμοιβαία κάθετες σχισμές. Η εμφάνιση των φασματικών χρωμάτων εξηγείται από το γεγονός ότι το λευκό φως αποτελείται από κύματα διαφορετικού μήκους. Το μέγιστο περίθλασης του φωτός για διαφορετικά μήκη κύματος λαμβάνεται σε διαφορετικά σημεία.

Σχεδιάστε τον παρατηρούμενο σταυρό περίθλασης.Εξηγήστε τα παρατηρούμενα φαινόμενα.

Καταγράψτε το συμπέρασμα. Υποδείξτε σε ποιο από τα πειράματα που πραγματοποιήσατε παρατηρήθηκε το φαινόμενο της παρεμβολής και σε ποια περίθλαση.

Εργαστηριακή εργασία για το θέμα : "Παρατήρηση παρεμβολής και διάθλασης φωτός"

Στόχος της εργασίας: μελετήσει πειραματικά το φαινόμενο της παρεμβολής και της περίθλασης.

Εξοπλισμός: ηλεκτρική λάμπα με ίσιο νήμα, δύο γυάλινες πλάκες, ένα γυάλινο σωλήνα, ένα ποτήρι με διάλυμα σαπουνιού, ένα συρμάτινο δακτύλιο με λαβή διαμέτρου 30 mm, ένα CD, νάιλον ύφασμα, ένα φίλτρο φωτός.

Θεωρία: Η παρεμβολή είναι ένα φαινόμενο χαρακτηριστικό των κυμάτων οποιασδήποτε φύσης: μηχανικά, ηλεκτρομαγνητικά.

Παρεμβολή κυμάτων – προσθήκη στο διάστημα δύο (ή πολλών) κυμάτων, στα οποία σε διαφορετικά σημεία το κύμα που προκύπτει ενισχύεται ή εξασθενεί .

Συναφής Τα κύματα που έχουν την ίδια συχνότητα και σταθερή διαφορά φάσης ονομάζονται.

Μέγιστη κατάσταση

, (Δd=d 2 -ρε 1 )

Οπου k=0; ± 1; ± 2; ± 3 ;…

(η διαφορά στη διαδρομή του κύματος είναι ίση με έναν ζυγό αριθμό μισών κυμάτων)

Τα κύματα από τις πηγές Α και Β θα φτάσουν στο σημείο Γ στις ίδιες φάσεις και θα «ενισχύουν το ένα το άλλο».

φ Α =φ Β - φάσεις ταλάντωσης

Δφ=0 - διαφορά φάσης

Α=2Χ Μέγιστη

Ελάχιστη κατάσταση

, (Δd=d 2 -ρε 1 )

Οπου k=0; ± 1; ± 2; ± 3;…

(η διαφορά στη διαδρομή του κύματος είναι ίση με έναν περιττό αριθμό μισών κυμάτων)

Τα κύματα από τις πηγές Α και Β θα φτάσουν στο σημείο Γ σε αντιφάση και «ακυρώνονται το ένα το άλλο».

φ A ≠φ B - φάσεις ταλάντωσης

Δφ=π - διαφορά φάσης

Α=0 – πλάτος του κύματος που προκύπτει.

Μοτίβο παρεμβολών – Τακτική εναλλαγή περιοχών αυξημένης και μειωμένης έντασης φωτός.

Παρεμβολή φωτός – χωρική ανακατανομή της ενέργειας της φωτεινής ακτινοβολίας όταν υπερτίθενται δύο ή περισσότερα κύματα φωτός.

Περίθλαση – το φαινόμενο της απόκλισης του κύματος από την ευθύγραμμη διάδοση όταν περνά μέσα από μικρές τρύπες και το κύμα κάμπτεται γύρω από μικρά εμπόδια .

Συνθήκη περίθλασης : ρε< λ , Οπου ρε – το μέγεθος του εμποδίου,λ - μήκος κύματος. Οι διαστάσεις των εμποδίων (οπών) πρέπει να είναι μικρότερες ή συγκρίσιμες με το μήκος κύματος.

Σχάρα περίθλασης – μια οπτική συσκευή που είναι μια περιοδική δομή ενός μεγάλου αριθμού κανονικά διατεταγμένων στοιχείων στα οποία συμβαίνει διάθλαση φωτός. Οι διαδρομές με συγκεκριμένο και σταθερό προφίλ για ένα δεδομένο πλέγμα περίθλασης επαναλαμβάνονται στο ίδιο διάστημαρε (περίοδος πλέγματος). Η ικανότητα ενός πλέγματος περίθλασης να διαχωρίζει μια δέσμη φωτός που προσπίπτει σε αυτό σύμφωνα με τα μήκη κύματος είναι η κύρια ιδιότητά του. Υπάρχουν αντανακλαστικά και διαφανή πλέγματα περίθλασης.Τα σύγχρονα όργανα χρησιμοποιούν κυρίως ανακλαστικές σχάρες περίθλασης. .

Συνθήκη για την παρατήρηση του μέγιστου περίθλασης :

d·sinφ=k·λ,Οπου k=0; ± 1; ± 2; ± 3; ρε - περίοδος πλέγματος , φ - τη γωνία στην οποία παρατηρείται το μέγιστο, και λ - μήκος κύματος.

Από τη μέγιστη συνθήκη προκύπτειsinφ=(k·λ)/d .

Έστω k=1, λοιπόν sinφ cr =λ cr /ρεΚαι sinφ φά =λ φά /ρε.

Είναι γνωστό ότι λ cr >λ φά , ως εκ τούτου sinφ cr >sinφ φά . Επειδή y=sinφ φά - y= sinφ f -φ cr >φ φά

φ cr >φ f

Επομένως, το ιώδες χρώμα στο φάσμα περίθλασης βρίσκεται πιο κοντά στο κέντρο. Στα φαινόμενα παρεμβολής και περίθλασης του φωτός τηρείται ο νόμος διατήρησης της ενέργειας

Πρόοδος: Εμπειρία 1. Βουτήξτε το συρμάτινο δακτύλιο στο διάλυμα σαπουνιού.

Στο συρμάτινο δακτύλιο σχηματίζεται μια μεμβράνη σαπουνιού.

Τοποθετήστε το κάθετα. Παρατηρούμε ανοιχτές και σκούρες οριζόντιες ρίγες που αλλάζουν σε πλάτος καθώς αλλάζει το πάχος του φιλμ. Εξήγηση.Η εμφάνιση φωτεινών και σκοτεινών λωρίδων εξηγείται από την παρεμβολή των φωτεινών κυμάτων που αντανακλώνται από την επιφάνεια του φιλμ. τρίγωνο d = 2h. Η διαφορά στη διαδρομή των κυμάτων φωτός είναι ίση με το διπλάσιο του πάχους του φιλμ.

Παρατηρούμε επίσης ότι οι ρίγες, διαστέλλοντας και διατηρώντας το σχήμα τους, κινούνται προς τα κάτω.

Εάν χρησιμοποιείτε φίλτρα φωτός και φωτίζετε με μονόχρωμο φως, αλλάζει το μοτίβο παρεμβολής (αλλάζει η εναλλαγή σκοτεινών και ανοιχτόχρωμων λωρίδων)

Εμπειρία 2. Χρησιμοποιώντας ένα γυάλινο σωλήνα, φυσήξτε μια σαπουνόφουσκα και εξετάστε την προσεκτικά. Όταν φωτίζεται με λευκό φως, παρατηρήστε το σχηματισμό χρωματιστών δακτυλίων παρεμβολής, χρωματισμένα σε φασματικά χρώματα. Το επάνω άκρο κάθε φωτεινού δακτυλίου είναι μπλε, το κάτω μέρος είναι κόκκινο. Καθώς το πάχος του φιλμ μειώνεται, οι δακτύλιοι, που διαστέλλονται επίσης, κινούνται αργά προς τα κάτω. Η δακτυλιοειδής μορφή τους εξηγείται από τις δακτυλιοειδείς γραμμές ίσου πάχους.

Απάντησε στις ερωτήσεις:

Γιατί οι σαπουνόφουσκες έχουν χρώμα ουράνιου τόξου;

Τι σχήμα έχουν οι ρίγες του ουράνιου τόξου;

Γιατί το χρώμα της φυσαλίδας αλλάζει συνεχώς;

Εμπειρία 3. Σκουπίστε καλά τα δύο γυάλινα πιάτα, τοποθετήστε τα μεταξύ τους και πιέστε τα μαζί με τα δάχτυλά σας. Λόγω του ατελούς σχήματος των επιφανειών επαφής, σχηματίζονται λεπτά κενά αέρα μεταξύ των πλακών.

Εξήγηση: Οι επιφάνειες των πλακών δεν μπορούν να είναι τελείως επίπεδες, επομένως εφάπτονται μόνο σε λίγα σημεία. Γύρω από αυτές τις θέσεις, σχηματίζονται λεπτές σφήνες αέρα διαφόρων σχημάτων, δίνοντας ένα σχέδιο παρεμβολής. Στο εκπεμπόμενο φως η μέγιστη συνθήκη είναι 2h=kl

Απάντησε στις ερωτήσεις:

Γιατί παρατηρούνται φωτεινές λωρίδες ουράνιου τόξου σε σχήμα δακτυλίου ή ακανόνιστου σχήματος στα σημεία που εφάπτονται οι πλάκες;

Γιατί το σχήμα και η θέση των κροσσών παρεμβολής αλλάζουν με την αλλαγή της πίεσης;

Εμπειρία 4. Κοιτάξτε προσεκτικά την επιφάνεια του CD (στο οποίο γίνεται η εγγραφή) από διαφορετικές γωνίες.

Εξήγηση : Η φωτεινότητα των φασμάτων περίθλασης εξαρτάται από τη συχνότητα των αυλακώσεων που εφαρμόζονται στο δίσκο και από τη γωνία πρόσπτωσης των ακτίνων. Σχεδόν παράλληλες ακτίνες που προσπίπτουν από το νήμα του λαμπτήρα ανακλώνται από γειτονικές κυρτότητες μεταξύ των αυλακώσεων στα σημεία Α και Β. Οι ακτίνες που ανακλώνται σε γωνία ίση με τη γωνία πρόσπτωσης σχηματίζουν μια εικόνα του νήματος της λάμπας με τη μορφή λευκής γραμμής. Οι ακτίνες που ανακλώνται σε άλλες γωνίες έχουν μια ορισμένη διαφορά διαδρομής, ως αποτέλεσμα της οποίας συμβαίνει η προσθήκη κυμάτων.

Τι παρατηρείτε; Εξηγήστε τα παρατηρούμενα φαινόμενα. Περιγράψτε το μοτίβο παρεμβολών.

Εμπειρία 5. Κοιτάξτε μέσα από το νάιλον ύφασμα το νήμα της αναμμένης λάμπας. Περιστρέφοντας το ύφασμα γύρω από τον άξονά του, επιτύχετε ένα καθαρό σχέδιο περίθλασης με τη μορφή δύο λωρίδων περίθλασης που διασταυρώνονται σε ορθή γωνία.

Εξήγηση : Ένα λευκό μέγιστο περίθλασης είναι ορατό στο κέντρο του σταυρού. Στο k=0, η διαφορά στις διαδρομές των κυμάτων είναι μηδέν, άρα το κεντρικό μέγιστο είναι λευκό. Ο σταυρός σχηματίζεται επειδή οι κλωστές του υφάσματος είναι δύο σχάρες περίθλασης διπλωμένες μεταξύ τους με αμοιβαία κάθετες σχισμές. Η εμφάνιση των φασματικών χρωμάτων εξηγείται από το γεγονός ότι το λευκό φως αποτελείται από κύματα διαφορετικού μήκους. Το μέγιστο περίθλασης του φωτός για διαφορετικά μήκη κύματος λαμβάνεται σε διαφορετικά σημεία.

Σχεδιάστε τον παρατηρούμενο σταυρό περίθλασης. Εξηγήστε τα παρατηρούμενα φαινόμενα.

Εμπειρία 6.

Περίθλαση μικρού διαφράγματος

Καταγράψτε το συμπέρασμα. Υποδείξτε σε ποιο από τα πειράματα που πραγματοποιήσατε παρατηρήθηκε το φαινόμενο της παρεμβολής και σε ποια περίθλαση . Δώστε παραδείγματα παρεμβολών και περίθλασης που έχετε συναντήσει.

Ερωτήσεις ελέγχου ( Κάθε μαθητής προετοιμάζει απαντήσεις σε ερωτήσεις ):

Τι είναι το φως;

Ποιος απέδειξε ότι το φως είναι ηλεκτρομαγνητικό κύμα;

Ποια είναι η ταχύτητα του φωτός στο κενό;

Ποιος ανακάλυψε την παρεμβολή του φωτός;

Τι εξηγεί τον χρωματισμό του ουράνιου τόξου των λεπτών μεμβρανών παρεμβολής;

Μπορούν τα κύματα φωτός που προέρχονται από δύο ηλεκτρικούς λαμπτήρες πυρακτώσεως να παρεμβαίνουν; Γιατί;

Γιατί ένα παχύ στρώμα λαδιού δεν έχει χρώμα ουράνιου τόξου;

Η θέση των μέγιστων κύριας περίθλασης εξαρτάται από τον αριθμό των σχισμών του πλέγματος;

Γιατί το ορατό χρώμα του ουράνιου τόξου του φιλμ σαπουνιού αλλάζει συνεχώς;