Εργαστηριακή εργασία στη φυσική με θέμα: «Παρεμβολή και περίθλαση φωτός» (βαθμός 11). Φωτορεπορτάζ «Παρατήρηση παρεμβολής και περίθλασης φωτός στο σπίτι Εργαστηριακή εργασία που μελετά την παρεμβολή και τη διάθλαση του φωτός

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.

Εργαστηριακή εργασία Νο 11. Παρατήρηση του φαινομένου της παρεμβολής και της περίθλασης του φωτός.
Σκοπός της εργασίας: να μελετήσει πειραματικά το φαινόμενο της παρεμβολής και της περίθλασης του φωτός, να εντοπίσει τις συνθήκες για την εμφάνιση αυτών των φαινομένων και τη φύση της κατανομής της φωτεινής ενέργειας στο χώρο..
Εξοπλισμός: ηλεκτρική λάμπα με ίσιο νήμα (ένα ανά κατηγορία), δύο γυάλινες πλάκες, σωλήνας PVC, ποτήρι με διάλυμα σαπουνιού, συρμάτινο δακτύλιο με λαβή διαμέτρου 30 mm, λεπίδα, λωρίδα χαρτιού ½ φύλλου, ύφασμα νάιλον 5x5 cm, σχάρα περίθλασης, φίλτρα φωτός.

Σύντομη θεωρία
Η παρεμβολή και η περίθλαση είναι φαινόμενα χαρακτηριστικά κυμάτων οποιασδήποτε φύσης: μηχανικά, ηλεκτρομαγνητικά. Η παρεμβολή κυμάτων είναι η προσθήκη δύο (ή πολλών) κυμάτων στο χώρο, στα οποία το κύμα που προκύπτει ενισχύεται ή εξασθενεί σε διαφορετικά σημεία. Η παρεμβολή παρατηρείται όταν τα κύματα που εκπέμπονται από την ίδια πηγή φωτός υπερτίθενται και φτάνουν σε ένα δεδομένο σημείο με διαφορετικούς τρόπους. Για να σχηματιστεί ένα σταθερό σχέδιο παρεμβολής, χρειάζονται συνεκτικά κύματα - κύματα που έχουν την ίδια συχνότητα και σταθερή διαφορά φάσης. Συνεκτικά κύματα μπορούν να ληφθούν σε λεπτές μεμβράνες οξειδίων, λίπους ή σε ένα διάκενο αέρα ανάμεσα σε δύο διαφανή γυαλιά που πιέζονται το ένα πάνω στο άλλο.
Το πλάτος της μετατόπισης που προκύπτει στο σημείο C εξαρτάται από τη διαφορά στις διαδρομές των κυμάτων σε απόσταση d2 – d1.
[Κατεβάστε το αρχείο για να δείτε την εικόνα]Μέγιστη συνθήκη (ενίσχυση ταλαντώσεων): η διαφορά στις διαδρομές των κυμάτων είναι ίση με ζυγό αριθμό μισών κυμάτων
όπου k=0; ± 1; ± 2; ± 3;
[Κατεβάστε το αρχείο για να δείτε την εικόνα]Τα κύματα από τις πηγές Α και Β θα φτάσουν στο σημείο Γ στις ίδιες φάσεις και «ενισχύουν το ένα το άλλο.
Εάν η διαφορά διαδρομής είναι ίση με περιττό αριθμό μισών κυμάτων, τότε τα κύματα θα εξασθενήσουν το ένα το άλλο και θα παρατηρηθεί ένα ελάχιστο στο σημείο της συνάντησής τους.

[Κατεβάστε το αρχείο για να δείτε την εικόνα][Κατεβάστε το αρχείο για να δείτε την εικόνα]
Όταν το φως παρεμβαίνει, εμφανίζεται μια χωρική ανακατανομή της ενέργειας των κυμάτων φωτός.
Περίθλαση είναι το φαινόμενο της απόκλισης του κύματος από την ευθύγραμμη διάδοση όταν περνά μέσα από μικρές τρύπες και κάμπτεται γύρω από μικρά εμπόδια.
Η περίθλαση εξηγείται από την αρχή Huygens-Fresnel: κάθε σημείο του εμποδίου στο οποίο φτάνει το φως γίνεται πηγή δευτερευόντων κυμάτων, συνεκτικών, τα οποία διαδίδονται πέρα ​​από τα άκρα του εμποδίου και παρεμβάλλονται μεταξύ τους, σχηματίζοντας ένα σταθερό σχέδιο παρεμβολής - εναλλασσόμενα μέγιστα και ελάχιστα φωτισμού, χρώματος ουράνιου τόξου σε λευκό φως. Προϋπόθεση για την εκδήλωση της περίθλασης: Οι διαστάσεις των εμποδίων (τρύπες) πρέπει να είναι μικρότερες ή ανάλογες με το μήκος κύματος. Παρατηρείται περίθλαση σε λεπτές κλωστές, γρατσουνιές σε γυαλί, σε κάθετη σχισμή σε φύλλο χαρτιού, σε βλεφαρίδες, σε σταγονίδια νερού. σε ομιχλώδες γυαλί, σε κρυστάλλους πάγου σε σύννεφο ή σε γυαλί, σε χιτινώδεις τρίχες εντόμων, σε φτερά πουλιών, σε CD, χαρτί περιτυλίγματος., σε σχάρα περίθλασης.,
Ένα πλέγμα περίθλασης είναι μια οπτική συσκευή που είναι μια περιοδική δομή ενός μεγάλου αριθμού κανονικά διατεταγμένων στοιχείων στα οποία το φως διέρχεται περίθλαση. Οι διαδρομές με ένα προφίλ που είναι συγκεκριμένο και σταθερό για ένα δεδομένο πλέγμα περίθλασης επαναλαμβάνονται στο ίδιο διάστημα d (περίοδος τριβής). 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. Οι σύγχρονες συσκευές χρησιμοποιούν κυρίως ανακλαστικά πλέγματα περίθλασης.

Πρόοδος:
Εργασία 1. Α) Παρατήρηση παρεμβολής σε λεπτό φιλμ:
Πείραμα 1. Βυθίστε τον 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 και χρώμα καθώς αλλάζει το πάχος της μεμβράνης. Δείτε την εικόνα μέσα από ένα φίλτρο.
Γράψτε πόσες ρίγες παρατηρούνται και πώς εναλλάσσονται τα χρώματα σε αυτές;
Πείραμα 2. Χρησιμοποιώντας ένα σωλήνα PVC, φυσήξτε μια σαπουνόφουσκα και εξετάστε την προσεκτικά. Όταν φωτίζεται με λευκό φως, παρατηρήστε το σχηματισμό κηλίδων παρεμβολής που χρωματίζονται σε φασματικά χρώματα. Εξετάστε την εικόνα μέσω ενός φίλτρου φωτός.
Ποια χρώματα είναι ορατά στη φούσκα και πώς εναλλάσσονται από πάνω προς τα κάτω;
Β) Παρατήρηση παρεμβολής σε σφήνα αέρα:
Πείραμα 3. Σκουπίστε προσεκτικά δύο γυάλινες πλάκες, τοποθετήστε τις μεταξύ τους και πιέστε τις με τα δάχτυλά σας. Λόγω του μη ιδανικού σχήματος των επιφανειών επαφής, σχηματίζονται λεπτά κενά αέρα μεταξύ των πλακών - αυτές είναι σφήνες αέρα και εμφανίζονται παρεμβολές σε αυτές. Όταν η δύναμη συμπίεσης των πλακών αλλάζει, το πάχος της σφήνας αέρα αλλάζει, γεγονός που οδηγεί σε αλλαγή της θέσης και του σχήματος των μεγίστων και ελάχιστων παρεμβολών Στη συνέχεια, εξετάστε την εικόνα μέσω ενός φίλτρου.
Σκιαγράφησε τι είδες σε λευκό φως και τι είδες μέσα από ένα φίλτρο.

Βγάλτε ένα συμπέρασμα: Γιατί εμφανίζονται παρεμβολές, πώς να εξηγήσετε το χρώμα των μέγιστων στο μοτίβο παρεμβολών, τι επηρεάζει τη φωτεινότητα και το χρώμα του σχεδίου.

Εργασία 2. Παρατήρηση περίθλασης φωτός.
Πείραμα 4. Χρησιμοποιήστε μια λεπίδα για να κόψετε μια σχισμή σε ένα φύλλο χαρτιού, εφαρμόστε το χαρτί στα μάτια σας και κοιτάξτε μέσα από τη σχισμή τη φωτεινή πηγή-λάμπα. Παρατηρούμε τα μέγιστα και τα ελάχιστα του φωτισμού Στη συνέχεια κοιτάμε την εικόνα μέσα από ένα φίλτρο.
Σκιαγράφησε το σχέδιο περίθλασης που φαίνεται στο λευκό φως και στο μονόχρωμο φως.
Παραμορφώνοντας το χαρτί μειώνουμε το πλάτος της σχισμής και παρατηρούμε περίθλαση.
Πείραμα 5. Κοιτάξτε μια πηγή φωτός-λάμπα μέσα από ένα πλέγμα περίθλασης.
Πώς έχει αλλάξει το μοτίβο περίθλασης;
Πείραμα 6. Κοιτάξτε μέσα από το νάιλον ύφασμα το νήμα της φωτεινής 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.
Σχεδιάστε τον παρατηρούμενο σταυρό περίθλασης. Εξηγήστε αυτό το φαινόμενο.
Βγάλτε ένα συμπέρασμα: γιατί συμβαίνει η περίθλαση, πώς να εξηγήσετε το χρώμα των μέγιστων στο μοτίβο περίθλασης, τι επηρεάζει τη φωτεινότητα και το χρώμα του σχεδίου.
Ερωτήσεις ελέγχου:
Τι κοινό υπάρχει μεταξύ του φαινομένου της παρεμβολής και του φαινομένου της περίθλασης;
Ποια κύματα μπορούν να παράγουν ένα σταθερό μοτίβο παρεμβολής;
Γιατί δεν υπάρχει μοτίβο παρεμβολής στο μαθητικό γραφείο από τις λάμπες που κρέμονται από την οροφή στην τάξη;

6. Πώς εξηγούνται οι έγχρωμοι κύκλοι γύρω από τη Σελήνη;

Συνημμένα αρχεία

Το φωτογραφικό υλικό μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε μαθήματα φυσικής στις τάξεις 9 και 11, ενότητα «Οπτική Κυμάτων».

Παρεμβολή σε λεπτές μεμβράνες

Τα ιριδίζοντα χρώματα παράγονται από την παρεμβολή των κυμάτων φωτός. Όταν το φως διέρχεται από ένα λεπτό φιλμ, ένα μέρος του ανακλάται από την εξωτερική επιφάνεια, ενώ ένα άλλο μέρος διαπερνά το φιλμ και ανακλάται από την εσωτερική επιφάνεια.

Παρατηρούνται παρεμβολές σε όλα τα λεπτά φιλμ που εκπέμπουν φως σε οποιεσδήποτε επιφάνειες. στην περίπτωση μιας λεπίδας μαχαιριού, σχηματίζεται ένα λεπτό φιλμ (αμαυρώσει) κατά τη διαδικασία οξείδωσης του περιβάλλοντος στην επιφάνεια του μετάλλου.

Περίθλαση φωτός

Η επιφάνεια ενός συμπαγούς δίσκου είναι μια ανάγλυφη σπειροειδής τροχιά στην επιφάνεια του πολυμερούς, το βήμα του οποίου είναι ανάλογο με το μήκος κύματος του ορατού φωτός. Σε μια τέτοια διατεταγμένη και λεπτώς δομημένη επιφάνεια, εμφανίστηκαν φαινόμενα περίθλασης και παρεμβολής, γεγονός που είναι ο λόγος για το ιριδίζον χρώμα των σημείων του CD που παρατηρείται στο λευκό φως.

Ας δούμε έναν λαμπτήρα πυρακτώσεως μέσα από οπές μικρής διαμέτρου. Εμφανίζεται ένα εμπόδιο στη διαδρομή του φωτεινού κύματος και όσο μικρότερη είναι η διάμετρος, τόσο ισχυρότερη είναι η περίθλαση (Οσο μικρότερη είναι η τρύπα στο χαρτόνι, τόσο λιγότερες ακτίνες περνούν από την τρύπα). η εικόνα του νήματος του λαμπτήρα πυρακτώσεως είναι πιο καθαρή και η αποσύνθεση του φωτός είναι πιο έντονη.

Ας δούμε έναν λαμπτήρα πυρακτώσεως και τον Ήλιο μέσα από το νάιλον. Το νάιλον λειτουργεί ως πλέγμα περίθλασης. Όσο περισσότερα στρώματα υπάρχουν, τόσο πιο έντονη συμβαίνει η περίθλαση.

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

Ελάχιστη κατάσταση

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.. 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.

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.

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

Εξήγηση. 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:

1. Γιατί οι σαπουνόφουσκες έχουν χρώμα ουράνιου τόξου;
2. Τι σχήμα έχουν οι ρίγες του ουράνιου τόξου;
3. 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:

1. 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.

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.

Στόχος της εργασίας : μελετήστε τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα της παρεμβολής και της περίθλασης του φωτός.

Πρόοδος

1. Γρίλια από νάιλον

Κατασκευάσαμε μια πολύ απλή συσκευή για την παρατήρηση της περίθλασης του φωτός σε καθημερινές συνθήκες. Για αυτό χρησιμοποιήσαμε κουφώματα slide, ένα κομμάτι από πολύ λεπτό νάιλον υλικό και κόλλα Moment.

Ως αποτέλεσμα, έχουμε ένα πολύ υψηλής ποιότητας δισδιάστατο πλέγμα περίθλασης.

Τα νάιλον νήματα βρίσκονται μεταξύ τους σε απόσταση της τάξης του μήκους κύματος του φωτός. Κατά συνέπεια, αυτό το νάιλον ύφασμα δίνει ένα αρκετά καθαρό σχέδιο περίθλασης. Επιπλέον, δεδομένου ότι τα νήματα τέμνονται σε ορθή γωνία στο χώρο, προκύπτει ένα δισδιάστατο πλέγμα.

2. Εφαρμογή επικάλυψης γάλακτος

Κατά την παρασκευή ενός διαλύματος γάλακτος, ένα κουταλάκι του γλυκού γάλα αραιώνεται με 4-5 κουταλιές της σούπας νερό. Στη συνέχεια, μια καθαρή γυάλινη πλάκα προετοιμασμένη ως υπόστρωμα τοποθετείται στο τραπέζι, μερικές σταγόνες από το διάλυμα εφαρμόζονται στην επάνω επιφάνειά του, ένα λεπτό στρώμα απλώνεται σε ολόκληρη την επιφάνεια και αφήνεται να στεγνώσει για αρκετά λεπτά. Μετά από αυτό, η πλάκα τοποθετείται στην άκρη της, αποστραγγίζοντας το υπόλοιπο διάλυμα και τελικά στεγνώνει για λίγα λεπτά ακόμη σε κεκλιμένη θέση.

3. Επικάλυψη Lycopodium

Απλώστε μια σταγόνα μηχανής ή φυτικό λάδι στην επιφάνεια ενός καθαρού πιάτου (μπορείτε να χρησιμοποιήσετε έναν κόκκο λίπους, μαργαρίνη, βούτυρο ή βαζελίνη), απλώστε το σε ένα λεπτό στρώμα και σκουπίστε απαλά τη λαδωμένη επιφάνεια με ένα καθαρό πανί.

Το λεπτό στρώμα λίπους που παραμένει πάνω του λειτουργεί ως συγκολλητική βάση. Στην επιφάνεια αυτή χύνεται μικρή ποσότητα (τσιμπήματος) λυκοπόδιο, η πλάκα γέρνει 30 μοίρες και χτυπώντας την άκρη με το δάχτυλο, η σκόνη χύνεται στη βάση της. Στην περιοχή της απόρριψης, ένα ευρύ ίχνος παραμένει με τη μορφή ενός αρκετά ομοιόμορφου στρώματος λυκοποδίου.

Αλλάζοντας την κλίση της πλάκας, επαναλάβετε αυτή τη διαδικασία αρκετές φορές μέχρι να καλυφθεί ολόκληρη η επιφάνεια της πλάκας με παρόμοια στρώση. Μετά από αυτό, η περίσσεια σκόνης χύνεται τοποθετώντας την πλάκα κάθετα και χτυπώντας την άκρη της σε ένα τραπέζι ή άλλο σκληρό αντικείμενο.

Τα σφαιρικά σωματίδια του λυκοπόδιου (σπόρια βρύου) έχουν σταθερή διάμετρο. Μια τέτοια επίστρωση, που αποτελείται από έναν τεράστιο αριθμό αδιαφανών σφαιρών της ίδιας διαμέτρου d που κατανέμονται τυχαία στην επιφάνεια ενός διαφανούς υποστρώματος, είναι παρόμοια με την κατανομή της έντασης στο σχέδιο περίθλασης από μια στρογγυλή οπή.

Συμπέρασμα:

Παρατηρείται παρεμβολή φωτός:

1) Χρήση μεμβρανών σαπουνιού σε συρμάτινο πλαίσιο ή συνηθισμένες σαπουνόφουσκες.

2) Μια ειδική συσκευή "Newton's ring".

Παρατήρηση περίθλασης φωτός:

I. Η επικάλυψη γάλακτος και το λυκοπόδιο αντιπροσωπεύουν ένα φυσικό πλέγμα περίθλασης, καθώς τα σωματίδια γάλακτος και τα σπόρια του λυκοποδίου έχουν μέγεθος κοντά στο μήκος κύματος του φωτός. Η εικόνα αποδεικνύεται αρκετά φωτεινή και καθαρή αν κοιτάξετε μέσα από αυτές τις προετοιμασίες σε μια φωτεινή πηγή φωτός.

II. Το πλέγμα περίθλασης είναι μια εργαστηριακή συσκευή με ανάλυση 1/200 που σας επιτρέπει να παρατηρήσετε τη διάθλαση του φωτός σε λευκό και μονόφωτο.

III. Αν κοιτάξετε μια φωτεινή πηγή φωτός μέσα από τις δικές σας βλεφαρίδες, μπορείτε επίσης να παρατηρήσετε τη διάθλαση.

IV. Τα φτερά πουλιών (οι λεπτότερες ίνες) μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν ως πλέγμα περίθλασης, καθώς η απόσταση μεταξύ των ινών και τα μεγέθη τους είναι ανάλογα με το μήκος κύματος του φωτός.

V. Ο δίσκος λέιζερ είναι ένα ανακλαστικό πλέγμα περίθλασης, οι αυλακώσεις του οποίου βρίσκονται τόσο κοντά που αντιπροσωπεύουν ένα ξεπερασμένο εμπόδιο στο κύμα φωτός.

VI. Η νάιλον σχάρα που κατασκευάσαμε ειδικά για αυτή την εργαστηριακή εργασία, λόγω της λεπτότητας του υφάσματος και της γειτνίασης των ινών, είναι ένα καλό δισδιάστατο πλέγμα περίθλασης.