Тема: Оптика
Урок: Практическая работа по теме «Наблюдение интерференции и дифракции света»
Название: «Наблюдение интерференции и дифракции света».
Цель: экспериментально изучить интерференцию и дифракцию света.
Оборудование: лампа с прямой нитью накала, 2 стеклянные пластины, проволочная рамка, мыльный раствор, штангенциркуль, плотная бумага, кусок батиста, капроновая нить, зажим.
Опыт 1
Наблюдение картины интерференции с помощью стеклянных пластин.
Берем две стеклянные пластины, перед этим тщательно их протираем, затем плотно складываем и сжимаем. Ту интерференционную картину, которую увидим в пластинах, нужно зарисовать.
Чтобы увидеть изменение картины от степени сжатия стекол, необходимо взять устройство зажима и с помощью винтов сжать пластины. В результате этого картина интерференции изменяется.
Опыт 2
Интрференция на тонких пленках.
Чтобы пронаблюдать данный опыт, возьмем мыльную воду и проволочную рамку, затем посмотрим, как образуется тонкая пленка. Если рамку опустить в мыльную воду, то после поднятия в ней видна образовавшаяся мыльная пленка. Наблюдая в отраженном свете за этой пленкой, можно увидеть полосы интерференции.
Опыт 3
Интерференция на мыльных пузырях.
Для наблюдения воспользуемся мыльным раствором. Выдуваем мыльные пузыри. То, как пузыри переливаются, это и есть интерференция света (см. Рис. 1).
Рис. 1. Интерференция света в пузырях
Картина, которую мы наблюдаем, может выглядеть следующим образом (см. Рис. 2).
Рис. 2. Интерференционная картина
Это интерференция в белом свете, когда мы положили линзу на стекло и осветили ее простым белым светом.
Если воспользоваться светофильтрами и освещать монохроматическим светом, то картина интерференции меняется (меняется чередование темных и светлых полос) (см. Рис. 3).
Рис. 3. Использование светофильтров
Теперь перейдем к наблюдению дифракции.
Дифракция - это волновое явление, присущее всем волнам, которое наблюдается на краевых частях каких-либо предметов.
Опыт 4
Дифракция света на малой узкой щели.
Создадим щель между губками штангенциркуля, с помощью винтов передвигая его части. Для того чтобы пронаблюдать дифракцию света, зажмем между губками штангенциркуля лист бумаги, таким образом, чтобы потом этот лист бумаги можно было вытащить. После этого перпендикулярно подносим эту узкую щель вплотную к глазу. Наблюдая через щель яркий источник света (лампу накаливания), можно увидеть дифракцию света (см. Рис. 4).
Рис. 4. Дифракция света на тонкой щели
Опыт 5
Дифракция на плотной бумаге
Если взять плотный лист бумаги и сделать бритвой надрез, то, поднеся этот разрез бумаги вплотную к глазу и меняя расположение соседних двух листочков, можно наблюдать дифракцию света.
Опыт 6
Дифракция на малом отверстии
Чтобы пронаблюдать такую дифракцию, нам потребуется плотный лист бумаги и булавка. С помощью булавки делаем в листе маленькое отверстие. Затем подносим отверстие вплотную к глазу и наблюдаем яркий источник света. В этом случае видна дифракция света (см. Рис. 5).
Изменение дифракционной картины зависит от величины отверстия.
Рис. 5. Дифракция света на малом отверстии
Опыт 7
Дифракция света на кусочке плотной прозрачной ткани (капрон, батист).
Возьмем батистовую ленту и, расположив ее на небольшом расстоянии от глаз, посмотрим сквозь ленту на яркий источник света. Мы увидим дифракцию, т.е. разноцветные полосы и яркий крест, который будет состоять из линий дифракционного спектра.
На рисунке представлены фотографии дифракции, которую мы наблюдаем (см. Рис. 6).
Рис. 6. Дифракция света
Отчет: в нем должны быть представлены рисунки интерференции и дифракции, которые наблюдались в ходе работы.
Изменение линий характеризует, как происходит та или иная процедура преломления и сложения (вычитания) волн.
На основании дифракционной картины, полученной от щели, создан специальный прибор - дифракционная решетка . Она представляет собой набор щелей, через которые проходит свет. Этот прибор нужен для того, чтобы проводить детальные исследования света. Например, с помощью дифракционной решетки можно определить длину световой волны.
- Физика ().
- Первое сентября. Учебно-методическая газета ().
Задание 1. Наблюдение интерференции света на воздушной пленке.
1. Стеклянные пластины тщательно протереть, сложить вместе и сжать пальцами.
2. Рассматривать пластины в отраженном свете на темном фоне (располагать их надо так, чтобы на поверхности стекла не образовались слишком яркие блики от окон или от белых стен).
3. В отдельных местах соприкосновения пластин наблюдать яркие радужные кольцеобразные или неправильной формы полосы.
4. Заметить изменения формы и расположения полученных интерференционных полос с изменением нажима.
5. Попытаться увидеть интерференционную картину в проходящем свете.
6. Зарисуйте увиденные вами картинки.
Ответьте на вопросы:
a) Почему в отдельных местах соприкосновения пластин наблюдаются яркие радужные кольцеобразные или неправильной формы полосы?
b) Почему с изменением нажима изменяются форма и расположение полученных интерференционных полос?
Задание 2. Наблюдение интерференции света на мыльной пленке.
1. Сделать мыльный раствор.
2. На проволочном кольце получить мыльную пленку и расположить его вертикально.
3. В затемненном классе наблюдать на пленке появление светлых и темных полос.
4. Осветить мыльную пленку светом от лампы или фонаря.
5. Наблюдать окрашенность светлых полос в спектральные цвета.
6. Посчитайте число полос одного цвета, которые одновременно наблюдаются на пленке.
7. Определите, изменяются ли ориентация и форма полос при повороте рамки в вертикальной плоскости.
8. Зарисуйте увиденные вами картины.
Ответьте на вопросы:
a) Чем объясняется наличие светлых и темных полос в начале эксперимента?
b) Почему, при освещении пленки светом появились спектральные цвета?
c) Почему полосы расширяясь и сохраняя свою форму, стекают вниз?
Задание 3. Наблюдение интерференции света на мыльном пузыре.
1. Выдуйте мыльный пузырь.
2. При освещении его белым светом пронаблюдайте образование цветных интерференционных колец.
Ответьте на вопросы:
a) Почему мыльные пузыри имеют радужную окраску?
b) Почему окраска пузыря все время меняется?
c) Какую форму имеют радужные полосы?
Задание 4. Цвета побежалости.
1. Возьмите с помощью пинцета лезвие безопасной бритвы и нагрейте его над пламенем горелки.
2. Зарисуйте наблюдаемую картину.
Ответьте на вопросы:
a) Какое явление вы наблюдали?
b) Как его можно объяснить?
c) Какие цвета и в каком порядке появлялись на лезвии при его нагревании?
Изучение дифракции света.
Задание 1. Наблюдение дифракции света на узкой щели.
1. Установить между губками штангенциркуля щель шириной 0,5 мм.
2. Приставить щель вплотную к глазу, расположив ее вертикально.
3. Смотря сквозь щель на вертикально расположенную светящуюся нить лампы, наблюдать по обе стороны нити радужные полосы (дифракционные спектры).
4. Изменяя ширину щели от 0,5 до 0,8 мм, заметить, как это изменение влияет на дифракционные спектры.
5. Зарисуйте в тетрадь увиденную картину.
Задание 2. Наблюдение дифракции на капроновой ткани.
1. Посмотрите сквозь капроновую ткань на нить горящей лампы.
2. Поворачивая ткань вокруг оси, добейтесь четкой дифракционной картины в виде двух скрещенных под прямым углом дифракционных полос.
3. Зарисуйте наблюдаемый дифракционный крест.
Ответьте на вопросы:
a) Почему получился данный дифракционный крест?
b) Чем объясняется появление спектральных цветов?
Задание 3. Наблюдение дифракции света на лазерном диске.
1. Положите горизонтально на уровне глаз компакт-диск.
2. Зарисуйте данную картину.
Ответьте на вопросы:
a) Что наблюдается на диске?
b) Какие явления вы наблюдали?
ПРИЛОЖЕНИЕ
Дифракция света
– это отклонение световых лучей от прямолинейного распространения при прохождении сквозь узкие щели, малые отверстия или при огибании малых препятствий.
Явление дифракции света доказывает, что свет обладает волновыми свойствами. Для наблюдения дифракции можно:
Пропустить свет от источника через очень малое отверстие или расположить экран на большом расстоянии от отверстия. Тогда на экране наблюдается сложная картина из светлых и темных концентрических колец.
Или направить свет на тонкую проволоку, тогда на экране будут наблюдаться светлые и темные полосы, а в случае белого света – радужная полоса.
Дифракционная решетка - это оптический прибор для измерения длины световой волны.
Дифракционная решетка представляет собой совокупность большого числа очень узких щелей, разделенных непрозрачными промежутками.
Если на решетку падает монохроматическая волна, то щели (вторичные источники) создают когерентные волны. За решеткой ставится собирающая линза, далее – экран. В результате интерференции света от различных щелей решетки на экране наблюдается система максимумов и минимумов.
Разность хода между волнами от краев соседних щелей равна длине отрезка АС. Если на этом отрезке укладывается целое число длин волн, то волны от всех щелей будут усиливать друг друга. При использовании белого света все максимумы (кроме центрального) имеют радужную окраску.
d = a + b - период дифракционной решетки
a - ширина щели; b - длина
d = 1/N - постоянная дифракционной решетки.
N - Число штрихов.
φ - угол отклонения световых волн вследствие дифракции
φ = kλ - формула дифракционной решетки.
k - Порядок максимума (0, ±1, ±2, ...)
λ = - длина волны
Интерференция света - пространственное перераспределение светового потока при наложении двух (или нескольких) когерентных световых волн, в результате чего в одних местах возникают максимумы интенсивности, а в других - минимумы (интерференционная картина).
Условие максимума: Условие минимума:
Применение интерференции света:
1. Измерение длин с очень большой точностью; это позволило дать легко воспроизводимое и достаточно точное определение единицы длины - метра, в зависимости от длины волны оранжевой линии криптона. Интерференционные компараторы позволяют сравнивать размеры до 1 метра с точностью до 0,05 мкм; меньшие размеры могут быть измерены с еще большей точностью. Такая высокая точность обусловлена тем, что изменение разности хода на десятую долю длины волны заметно смещает интерференционные полосы.
2. На явлении интерференции основано действие большого количества оптических приборов под общим названием интерферометры , которые используются для различных измерений. В оптикомеханической промышленности интерферометры используются для контроля качества оптических систем и контроля поверхности отдельных оптических деталей. В металлообрабатывающей промышленности – для контроля чистоты обработки металлических поверхностей. Изучение и контроль полировки зеркальных поверхностей проводится с точностью до сотых долей длины волны.
3. С использованием явления интерференции проводится определение ряда важнейших величин, характеризующих вещества: коэффициента расширения твердых тел (дилатометры), показателя преломления газообразных, жидких и твердых тел (рефрактометры) и т.п. Интерференционные дилатометры позволяют зафиксировать удлинение образца на 0,02 мкм.
4. Широко распространены интерференционные спектроскопы, применяемые для исследования спектрального состава излучения различных веществ.
5. Посредством интерференции поляризованных лучей проводиться определение величин внутренних напряжений в различных деталях (метод фотоупругости).
Первый эксперимент по наблюдению интерференции света в лабораторных условиях принадлежит И. Ньютону. Он наблюдал интерференционную картину, возникающую при отражении света в тонкой воздушной прослойке между плоской стеклянной пластиной и плосковыпуклой линзой большого радиуса кривизны. Интерференционная картина имела вид концентрических колец, получивших название колец Ньютона.
Цвета побежалости.
Цвета побежалости - радужная окраска, появляющаяся на чистой поверхности нагретой стали в результате образования на ней тончайшей оксидной плёнки. Толщина плёнки зависит от температуры нагрева стали: плёнки разной толщины по-разному отражают световые лучи, чем и обусловлены те или иные цвета побежалости (см. табл.). На легированных (в состав которых введены другие металлы для придания определённых свойств) сталях те же цвета побежалости появляются при более высоких температурах.
1. Цель работы: изучить характерные особенности интерференции и дифракции света.
2. Литература:
2.1. Касьянов В.А. Физика. 11 класс: учебник для общеобразовательных учебных заведений. – М., 2003. Параграфы 44, 45, 47.
2.2. Конспект лекций по предмету «Физика».
3. Подготовка к работе:
3.1. Ответить на вопросы самопроверки для получения допуска к работе:
3.1.1. Какое явление называют интерференцией?
3.1.2. Какие волны называют когерентными? Назвать способы получения когерентных источников волн.
3.1.3. Какое явление называют дифракцией?
3.1.4. Сформулируйте принцип Гюйгенса – Френеля?
3.2. Подготовить бланк отчета в соответствии с пунктом 6.
4. Перечень необходимого оборудования:
4.2. Электронное издание «Лабораторные работы по физике 10-11 класс»: Дрофа, 2005. Лабораторная работа № 12.
5. Порядок выполнения работы:
 |
|||
Включить ПЭВМ. Установить лабораторную работу № 12. Рассмотреть оборудование для проведения эксперимента (рис. 1).
5.2. Зажгите спиртовку (2).Внесите в пламя комочек ваты (3), смоченной раствором хлорида натрия.
5.3. Опустите проволочное кольцо в раствор мыла для получения мыльной пленки.
5.4. Зарисуйте интерференционную картину, полученную на пленке при освещении желтым светом спиртовки (рис. 2). Объясните порядок чередования цветов на интерференционной картине при освещении пленки белым светом.
5.5. Выдуйте с помощью стеклянной трубки небольшой мыльный пузырь на поверхности мыльного раствора. Объясните причину перемещения интерференционных колец вниз.
5.6. Опишите интерференционную картину, наблюдаемую от двух сжатых стеклянных пластинок. Как изменяется наблюдаемая картина при увеличении силы, сжимающей пластинки вместе?
5.7. 
Опишите интерференционную картину при освещении CD-диска. Зарисуйте две дифракционные картины, наблюдаемые при рассмотрении нити горящей лампы через щель штангенциркуля (при ширине щели 0,05 и 0,8 мм). Опишите изменение характера интерференционной картины при плавном повороте штангенциркуля вокруг вертикальной оси при ширине щели 0,8 мм. Рамку с нитью расположите на фоне горящей лампы параллельно нити накала (рис. 3). Перемещая рамку относительно глаза, добейтесь того, чтобы в середине, в области геометрической тени нити, наблюдалась светлая полоса. Зарисуйте дифракционную картину, наблюдаемую за тонкой нитью.
5.8. Посмотрите сквозь черную капроновую ткань на нить горящей лампы. Поворачивая ткань вокруг оси, добейтесь четкой дифракционной картины в виде двух скрещенных под прямым углом дифракционных полос. Зарисуйте наблюдаемый дифракционный крест, опишите его.
6.1. Номер и наименование работы.
6.2. Цель работы.
6.3. Рисунок интерференционной картины (рис. 2) и его объяснение.
6.4. Объяснение интерференционной картины на поверхности мыльного пузыря.
6.5. Рисунок интерференционной картины, наблюдаемой от двух сжатых стеклянных пластинок. Объяснение её изменения при сжатии пластинок.
6.6. Описание интерференционной картины при освещении CD-диска.
6.7. Рисунок двух дифракционных картин на щели 0,05 и 0,8 мм. Опишите её изменение при плавном повороте щели вокруг вертикальной оси.
6.8. Рисунок дифракционной картины на тонкой нити.
6.9. Рисунок дифракционной картины на капроновой нити. Дифракционный крест.
Лабораторная работа № 13.
Тема: Оптика
Урок: Практическая работа по теме «Наблюдение интерференции и дифракции света»
Название: «Наблюдение интерференции и дифракции света».
Цель: экспериментально изучить интерференцию и дифракцию света.
Оборудование: лампа с прямой нитью накала, 2 стеклянные пластины, проволочная рамка, мыльный раствор, штангенциркуль, плотная бумага, кусок батиста, капроновая нить, зажим.
Опыт 1
Наблюдение картины интерференции с помощью стеклянных пластин.
Берем две стеклянные пластины, перед этим тщательно их протираем, затем плотно складываем и сжимаем. Ту интерференционную картину, которую увидим в пластинах, нужно зарисовать.
Чтобы увидеть изменение картины от степени сжатия стекол, необходимо взять устройство зажима и с помощью винтов сжать пластины. В результате этого картина интерференции изменяется.
Опыт 2
Интрференция на тонких пленках.
Чтобы пронаблюдать данный опыт, возьмем мыльную воду и проволочную рамку, затем посмотрим, как образуется тонкая пленка. Если рамку опустить в мыльную воду, то после поднятия в ней видна образовавшаяся мыльная пленка. Наблюдая в отраженном свете за этой пленкой, можно увидеть полосы интерференции.
Опыт 3
Интерференция на мыльных пузырях.
Для наблюдения воспользуемся мыльным раствором. Выдуваем мыльные пузыри. То, как пузыри переливаются, это и есть интерференция света (см. Рис. 1).
Рис. 1. Интерференция света в пузырях
Картина, которую мы наблюдаем, может выглядеть следующим образом (см. Рис. 2).
Рис. 2. Интерференционная картина
Это интерференция в белом свете, когда мы положили линзу на стекло и осветили ее простым белым светом.
Если воспользоваться светофильтрами и освещать монохроматическим светом, то картина интерференции меняется (меняется чередование темных и светлых полос) (см. Рис. 3).
Рис. 3. Использование светофильтров
Теперь перейдем к наблюдению дифракции.
Дифракция - это волновое явление, присущее всем волнам, которое наблюдается на краевых частях каких-либо предметов.
Опыт 4
Дифракция света на малой узкой щели.
Создадим щель между губками штангенциркуля, с помощью винтов передвигая его части. Для того чтобы пронаблюдать дифракцию света, зажмем между губками штангенциркуля лист бумаги, таким образом, чтобы потом этот лист бумаги можно было вытащить. После этого перпендикулярно подносим эту узкую щель вплотную к глазу. Наблюдая через щель яркий источник света (лампу накаливания), можно увидеть дифракцию света (см. Рис. 4).
Рис. 4. Дифракция света на тонкой щели
Опыт 5
Дифракция на плотной бумаге
Если взять плотный лист бумаги и сделать бритвой надрез, то, поднеся этот разрез бумаги вплотную к глазу и меняя расположение соседних двух листочков, можно наблюдать дифракцию света.
Опыт 6
Дифракция на малом отверстии
Чтобы пронаблюдать такую дифракцию, нам потребуется плотный лист бумаги и булавка. С помощью булавки делаем в листе маленькое отверстие. Затем подносим отверстие вплотную к глазу и наблюдаем яркий источник света. В этом случае видна дифракция света (см. Рис. 5).
Изменение дифракционной картины зависит от величины отверстия.
Рис. 5. Дифракция света на малом отверстии
Опыт 7
Дифракция света на кусочке плотной прозрачной ткани (капрон, батист).
Возьмем батистовую ленту и, расположив ее на небольшом расстоянии от глаз, посмотрим сквозь ленту на яркий источник света. Мы увидим дифракцию, т.е. разноцветные полосы и яркий крест, который будет состоять из линий дифракционного спектра.
На рисунке представлены фотографии дифракции, которую мы наблюдаем (см. Рис. 6).
Рис. 6. Дифракция света
Отчет: в нем должны быть представлены рисунки интерференции и дифракции, которые наблюдались в ходе работы.
Изменение линий характеризует, как происходит та или иная процедура преломления и сложения (вычитания) волн.
На основании дифракционной картины, полученной от щели, создан специальный прибор - дифракционная решетка . Она представляет собой набор щелей, через которые проходит свет. Этот прибор нужен для того, чтобы проводить детальные исследования света. Например, с помощью дифракционной решетки можно определить длину световой волны.
- Физика ().
- Первое сентября. Учебно-методическая газета ().
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И КУЛЬТУРЫ
ТУЛЬСКОЙ ОБЛАСТИ
государственное образовательное учреждение среднего профессионального образования Тульской области
«Липковский политехнический техникум»
к открытому уроку «Наблюдение интерференции и дифракции света» (лабораторная работа)
Липки, 2012 год
Подготовил преподаватель
Воробьева Е.А. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Лабораторная работа выполняется с помощью компьютерной программы «Виртуальные лабораторные работы по физике 11 класс» (Электронное учебное издание Издательства Дрофа).
С помощью программы на экранах компьютера выводятся результаты экспериментов. Это одна из лабораторных работ, на которых оттачивается умение студентов наблюдать и анализировать увиденное. В ходе выполнения лабораторной работы преследуется выполнение следующих целей:
Учебные:
Обобщить знания по теме «Интерференции и дифракции света»;
Применить теоретические знания для объяснения явлений природы.
Воспитательные:
Способствовать формированию интереса к физике и процессу научного познания;
Способствовать расширению кругозора учащихся, развитию умения делать выводы по результатам эксперимента.
Отчет о данной работе строится по принципу «Наблюдали то-то …». Результаты наблюдений студенты записывают в отчет по лабораторной работе, который приведен в методических рекомендациях по выполнению лабораторных работ для студентов специальности 140118 и 190631. В конце лабораторной работы приведены контрольные вопросы, на которые необходимо ответить для зачета по лабораторной работе. Контроль знаний можно осуществить с помощью компьютерного тестирования или устного ответа студента. При успешном выполнении лабораторной работы выставляется оценка «зачет».
Ход урока:
Часть 1. Актуализация знаний по теме «Интерференция света» (повторение изученного материала)
Преподаватель:
- Какое явление называется интерференцией света?
- Для каких волн характерно явление интерференции?
- Дайте определение когерентных волн.
Студенты: отвечают на вопросы:
Предполагаемые ответы:
- Интерференция – явление характерно для волн любой природы: механической и электромагнитных. Интерференцией называют явление, возникающее при наложении двух (или нескольких) световых волн одинакового периода в однородной изотропной среде, в результате чего происходит перераспределение энергии волн в пространстве (1, стр. 344) Возникает усиление или ослабление результирующей волны.
- Необходимым условием интерференции волн является их когерентность. (1, с. 345)
- Когерентными называются волны, которые имеют одинаковую частоту и постоянная во времени разность фаз.(1, с. 345)
Преподаватель:
Студенты: считают в методических рекомендациях теоретическое обоснование к части 1(Приложение)
Преподаватель: выводит на экран изображение для части 1 п. 3. (Приложение)
Студенты: выполняют пункт 4 методических рекомендаций. Устные объяснения: наблюдаем темные и светлые горизонтальные полосы, изменяющиеся по ширине по мере изменения толщины пленки.
Преподаватель: меняет изображение на экране
Студенты выполняют пункт 5. Предполагаемый ответ Наблюдаем окрашенность светлых полос в спектральные цвета. Верху - синий (фиолетовый), внизу – красный. Такое окрашивание объясняется зависимостью положения светлых полос от длины волн падающего света. Так как белый свет сложный, состоящий из семи цветов.
Преподаватель
Студенты выполняют пункт 6. Предполагаемый ответ: Наблюдаем на верхней и нижней его части образование интерференционных колец, окрашенных в спектральные цвета. Верхний край каждого светлого кольца имеет синий (фиолетовый) цвет, нижний – красный. По мере уменьшения толщины пленки кольца расширяются, перемещаясь вниз под действием силы тяжести.
Преподаватель меняет изображение на экране.
Студенты выполняют пункт 7. Предполагаемый ответ: Наблюдаем в некоторых местах яркие радужные кольцеобразные или замкнутые неправильной формы полосы. Из-за не идеальности формы соприкасающихся поверхностей между пластинками образуются тончайшие воздушные прослойки.
Преподаватель меняет изображение на экране.
Студенты выполняют пункт 8. Предполагаемый ответ: При изменении силы, сжимающей пластинки, расположение и форма полос изменяется. Радужная окраска становится менее заметной, так как уменьшается толщина воздушной прослойки.
Преподаватель меняет изображение на экране.
Студенты выполняют пункт 9. Предполагаемый ответ: Интерференция отраженных световых лучей проявляется особенно наглядно. Видим яркий спектр световых лучей от фиолетового до красного. Яркость зависит от частоты нанесенных бороздок.в
Часть 2. Актуализация знаний по теме «Дифракция света» (повторение изученного материала)
Преподаватель: перед выполнением экспериментальных заданий повторим основной материал:
- Какое явление называется дифракцией света?
- Условия проявления дифракции.
Студенты: отвечают на вопросы:
Предполагаемые ответы:
- Дифракция – явление отклонения волны от прямолинейного распространения при прохождении через малые отверстия и отгибании волной малых препятствий (1, стр. 350).
- Условие проявления дифракции: размер препятствия меньше или равен длине волны. Размеры препятствий (отверстий) должны быть меньше или соизмеримы с длиной волны. (1, стр. 351)
Преподаватель: переходим к практической части.
Студенты: читают в методических рекомендациях теоретическое обоснование к части 2. (Приложение)
Преподаватель: выводит на экран изображения для части 2 п. 1. (Приложение)
Студенты: выполняют пункт 1 части 2 методических рекомендаций. Устные объяснения: По обе стороны от нити параллельно ей видны радужные полосы. При уменьшении ширины щели полосы раздвигаются, становятся шире и образуют ясно различимые спектры. Так как препятствия в виде щели штангенциркуля становятся соизмеримы с длиной волны видимого света.
Преподаватель меняет изображение на экране.
Студенты выполняют пункт 2. Предполагаемый ответ: При плавном повороте штангенциркуля вокруг вертикальной оси, радужные полосы раздвигаются и становятся шире, образую ясно различимые спектры.
Преподаватель меняет изображение на экране.
Студенты выполняют пункт 3. Предполагаемый ответ: Получают дифракционную картину, когда светлые и темные полосы располагаются по сторонам нити, а в середине в области геометрической тени наблюдается светлая полоса.
Преподаватель меняет изображение на экране.
Студенты выполняют пункт 4. Предполагаемый ответ: В центре креста виден дифракционный максимум белого света, а в каждой полосе по несколько радужных цветов. Нити в пространстве пересекаются под прямым углом, поэтому получается двухмерная решетка.
Преподаватель: проанализировав наблюдения, необходимо сделать вывод.
Студенты делают вывод. Предполагаемый ответ: В данной лабораторной работе наблюдали и объясняли характерные особенности явлений интерференции и дифракции света.
Преподаватель : для того, чтобы лабораторная работа была зачтена, необходимо ответить на контрольные вопросы в конце лабораторной работы.
Литература:
- (стр. 344, 350)
- (стр. 416, 420, 425)
Приложение
Лабораторная работа № 11
Наблюдение интерференции и дифракции света
Цель работы: изучить характерные особенности интерференции и дифракции света.
Часть I
Наблюдение интерференции света
Оборудование: 1) спички, 2) спиртовка, 3) комочек ваты на проволоке в пробирке, смоченный раствором хлорида натрия, 4) проволочное кольцо с ручкой, 5) стакан с раствором мыла, 6) трубка стеклянная, 7) пластинки стеклянные - 2 шт., 8) CD-диск.
Теоретическое обоснование.
Необходимое оборудование для наблюдения интерференции света на мыльной пленке представлено на рисунке 1. Для наблюдения интерференции при монохроматическом излучении в пламя спиртовки вносят комочек ваты, смоченной раствором хлорида натрия. При этом пламя окрашивается в желтый цвет. Опуская проволочное кольцо 4 в раствор мыла 5, получают мыльную пленку, располагают ее вертикально и рассматривают на темном фоне при освещении желтым светом спиртовки. Наблюдают образование темных и желтых горизонтальных полос (рисунок 2) и изменение их ширины по мере уменьшения толщины пленки.
В тех местах пленки, где разность хода когерентных лучей равна четному числу полуволн, наблюдаются светлые полосы, а при нечетном числе полуволн - темные полосы.
При освещении пленки белым светом (от окна или лампы) возникает окрашивание светлых полос: вверху - в синий цвет, внизу - в красный. С помощью стеклянной трубки 6 на поверхности мыльного раствора выдувают небольшой мыльный пузырь. При освещении его белым светом наблюдают образование цветных интерференционных колец. По мере уменьшения толщины пленки кольца, расширяясь, перемещаются вниз.
Интерференция наблюдается и при рассмотрении контактной поверхности двух сжатых друг с другом стеклянных пластинок 7.
Из-за не идеальности формы соприкасающихся поверхностей между пластинками образуются тончайшие воздушные прослойки, дающие яркие радужные кольцеобразные или замкнутые неправильной формы полосы.
При изменении силы, сжимающей пластинки, расположение и форма полос изменяются как в отраженном, так и в проходящем свете.
Особенно наглядно явление интерференции отраженных световых лучей наблюдается при рассмотрении поверхности CD-диска.
Часть II
Наблюдение дифракции света
Оборудование : 1) штангенциркуль, 2) лампа с прямой нитью накала, 3) рамка картонная с вырезом, в котором натянута проволока диаметром 0,1-0,3 мм, 4) капроновая ткань черного цвета.
Теоретическое обоснование
Дифракция света проявляется в нарушении прямолинейности распространения световых лучей, огибании светом препятствий, в проникновении света в область геометрической тени. Пространственное распределение интенсивности света за неоднородностью среды характеризует дифракционную картину.
В качестве неоднородности среды в работе используют щель между губками штангенциркуля. Сквозь эту щель смотрят на вертикально расположенную нить горящей лампы. При этом по обе стороны от нити, параллельно ей, видны радужные полосы. При уменьшении ширины щели полосы раздвигаются, становятся шире и образуют ясно различимые спектры. Этот эффект наблюдается особенно хорошо при плавном повороте штангенциркуля вокруг вертикальной оси.
Другую дифракционную картину наблюдают на тонкой нити. Рамку с нитью располагают на фоне горящей лампы параллельно нити накала (рисунок) Удаляя и приближая рамку к глазу, получают дифракционную картину, когда светлые и темные полосы располагаются по сторонам нити, а в середине, в области ее геометрической тени, наблюдается светлая полоса (рисунок).
На капроновой ткани можно наблюдать дифракционную картину. В капроновой ткани имеется два выделенных взаимно перпендикулярных направления. Поворачивая ткань вокруг оси, смотрят сквозь ткань на нить горящей лампы, добиваясь четкой дифракционной картины в виде двух скрещенных под прямым углом дифракционных полос (дифракционный крест). В центре креста виден дифракционный максимум белого цвета, а в каждой полосе - по нескольку цветов.
Порядок выполнения работы
Часть I
1. Зажгите спиртовку.
2. Внесите в пламя комочек ваты, смоченной раствором хлорида натрия.
3. Опустите проволочное кольцо в раствор мыла для получения мыльной пленки.
4. Зарисуйте интерференционную картину, полученную на пленке при освещении желтым светом спиртовки.
5. Объясните порядок чередования цветов на интерференционной картине при освещении пленки белым светом.
6. Выдуйте с помощью стеклянной трубки небольшой мыльный пузырь на поверхности мыльного раствора. Объясните причину перемещения интерференционных колец вниз.
___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
7. Опишите интерференционную картину, наблюдаемую от двух сжатых стеклянных пластинок.
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
8. Как изменяется наблюдаемая картина при увеличении силы, сжимающей пластинки вместе?
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
9. Опишите интерференционную картину при освещении CD-диска.
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Часть II
1. Зарисуйте две дифракционные картины, наблюдаемые при рассмотрении нити горящей лампы через щель штангенциркуля (при ширине щели 0,05 и 0,8 мм).
а = 0,05 мм а = 0,8 мм
2. Опишите изменение характера интерференционной картины при плавном повороте штангенциркуля вокруг вертикальной оси (а = 0,8 мм).
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
3. Рамку с нитью расположите на фоне горящей лампы параллельно нити накала (см. рис. 3). Перемещая рамку относительно глаза, добейтесь того, чтобы в середине, в области геометрической тени нити, наблюдалась светлая полоса. Зарисуйте дифракционную картину, наблюдаемую за тонкой нитью.
4. Посмотрите сквозь черную капроновую ткань на нить горящей лампы. Поворачивая ткань вокруг оси, добейтесь четкой дифракционной картины в виде двух скрещенных под прямым углом дифракционных полос. Зарисуйте наблюдаемый дифракционный крест, опишите его.
Вывод :
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Контрольные вопросы:
- Что называют интерференцией света?
- Какие волны называют когерентными?
- Сформулируйте условие максимумов и минимумов интерференции.
- Что называют дифракцией света?
Литература:
- Дмитриева В.Ф. Физика для профессий специальностей технического профиля: учебник для образовательных учреждений среднего профессионального образования – М.: Издательский центр «Академия», 2010. – 448 с. (стр. 344, 350)
- Пинский А.А., Грановский Г.Ю. Физика: Учебник / Под общ. ред. Ю.И. Дика, Н.С. Пурышевой. – 2-е изд., испр. – М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2005. – 560 с.: ил. – (Профессиональное образование) (стр. 416, 420, 425)
Загрузка...
