Obserwacja obrazu interferencyjnego za pomocą płytek szklanych. Procedura pracy

Praca laboratoryjna № 13

Temat: „Obserwacja interferencji i dyfrakcji światła”

Cel: eksperymentalnie zbadać zjawisko interferencji i dyfrakcji.

Ekwipunek: lampa elektryczna z żarnikiem prostym (jedna na klasę), dwie szklane płytki, szklana rurka, szklanka z roztworem mydła, druciany pierścień z uchwytem o średnicy 30 mm, płyta CD, suwmiarka, tkanina nylonowa.

Teoria:

Interferencja jest zjawiskiem charakterystycznym dla fal dowolnej natury: mechanicznej, elektromagnetycznej.

Interferencja fal – dodanie w przestrzeni dwóch (lub kilku) fal, w których w różnych jej punktach uzyskuje się wzmocnienie lub tłumienie fali wynikowej.

Zazwyczaj interferencję obserwuje się, gdy nakładają się na siebie fale emitowane przez to samo źródło światła, które docierają do danego punktu różne sposoby. Niemożliwe jest bowiem uzyskanie obrazu interferencji z dwóch niezależnych źródeł cząsteczki lub atomy emitują światło w oddzielnych ciągach fal, niezależnie od siebie. Atomy emitują fragmenty fal świetlnych (ciągi), w których fazy oscylacji są losowe. Tsugi mają około 1 metra długości. Ciągi fal różnych atomów nakładają się na siebie. Amplituda powstających oscylacji zmienia się chaotycznie w czasie tak szybko, że oko nie ma czasu wyczuć tej zmiany obrazów. Dlatego osoba widzi przestrzeń równomiernie oświetloną. Aby utworzyć stabilny wzór interferencji, potrzebne są spójne (dopasowane) źródła fal.

zgodny zwane falami, które mają tę samą częstotliwość i stałą różnicę faz.

Amplituda wypadkowego przemieszczenia w punkcie C zależy od różnicy dróg fal w odległości d2 – d1.

Maksymalny stan

, (Δd=d 2 -d 1 )

gdzie k=0; ± 1; ±2; ± 3 ;…

(różnica dróg fal jest równa parzystej liczbie półfal)

Fale ze źródeł A i B dotrą do punktu C w tych samych fazach i „wzmocnią się”.

φ A \u003d φ B - fazy oscylacji

Δφ=0 - różnica faz

A=2X maks

Minimalny warunek

, (Δd=d 2 -d 1)

gdzie k=0; ± 1; ±2; ± 3;…

(różnica dróg fal jest równa nieparzystej liczbie półfal)

Fale ze źródeł A i B dotrą do punktu C w przeciwfazie i „wygaszą się”.

φ A ≠φ B - fazy oscylacji

Δφ=π - różnica faz

A=0 jest amplitudą fali wynikowej.

wzór interferencyjny– regularna zmiana obszarów o wysokim i niskim natężeniu światła.

Zakłócenia światła- przestrzenna redystrybucja energii promieniowania świetlnego, gdy nakładają się dwie lub więcej fal świetlnych.

Z powodu dyfrakcji światło odbiega od prostoliniowej propagacji (na przykład w pobliżu krawędzi przeszkód).

Dyfrakcja – zjawisko odchylenia fali od propagacji prostoliniowej podczas przechodzenia przez małe otwory i omijania przez falę małych przeszkód.

Warunek manifestacji dyfrakcji: d< λ , gdzie d- wielkość przeszkody, λ - długość fali. Wymiary przeszkód (dziur) muszą być mniejsze lub współmierne do długości fali.

Istnienie tego zjawiska (dyfrakcji) ogranicza zakres praw optyki geometrycznej i jest przyczyną ograniczania rozdzielczości przyrządów optycznych.

Siatka dyfrakcyjna- urządzenie optyczne, które jest okresową strukturą duża liczba regularnie rozmieszczone elementy, na których ugina się światło. Pociągnięcia o określonym i stałym profilu dla danej siatki dyfrakcyjnej są powtarzane w regularnych odstępach czasu d(okres kratowy). Zdolność siatki dyfrakcyjnej do rozkładania padającej na nią wiązki światła na długości fal jest jej główną właściwością. Istnieją odblaskowe i przezroczyste siatki dyfrakcyjne. W nowoczesne sprzęty stosowane są głównie odblaskowe siatki dyfrakcyjne.

Warunek zaobserwowania maksimum dyfrakcji:

re sinφ=k λ, gdzie k=0; ± 1; ±2; ± 3; d- okres gradacji , φ - kąt, pod którym obserwuje się maksima, oraz λ - długość fali.

Wynika to z warunku maksymalnego sinφ=(k λ)/d.

Niech zatem k=1 sinφ cr =λ kr /d oraz sinφ fa = λ fa /d.

Wiadomo, że λ cr > λ f, w konsekwencji sinφ kr>grzechφ ż. Dlatego y= grzechφ ż - wtedy funkcja jest rosnąca φ kr > φ fa

dlatego fioletowy w widmie dyfrakcyjnym znajduje się bliżej środka.

W zjawiskach interferencji i dyfrakcji światła przestrzegane jest prawo zachowania energii. W obszarze interferencji energia świetlna jest jedynie redystrybuowana bez przekształcania w inne rodzaje energii. Wzrost energii w niektórych punktach wzoru interferencyjnego w stosunku do całkowitej energii światła jest kompensowany przez jej spadek w innych punktach (całkowita energia światła to energia świetlna dwóch wiązek światła z niezależnych źródeł). Jasne paski odpowiadają maksimom energii, ciemne paski odpowiadają minimom energii.

Postęp:

Doświadczenie 1.Zanurz druciany pierścień w roztworze mydła. Na drucianym pierścieniu tworzy się warstewka mydła.

Ustaw go pionowo. Obserwujemy jasne i ciemne poziome paski, które zmieniają szerokość wraz ze zmianą grubości filmu.

Wyjaśnienie. Pojawienie się jasnych i ciemnych pasm tłumaczy się interferencją fal świetlnych odbitych od powierzchni filmu. trójkąt d = 2h. Różnica w ścieżce fal świetlnych jest równa dwukrotności grubości filmu. Po umieszczeniu w pionie folia ma kształt klina. Różnica w przebiegu fal świetlnych w jej górnej części będzie mniejsza niż w jej dolnej części. W tych miejscach filmu, gdzie różnica dróg jest równa parzystej liczbie półfal, obserwuje się jasne pasy. I z nieparzystą liczbą półfal - ciemne paski. Poziomy układ pasków jest wyjaśniony poziomym układem linii o równej grubości warstwy.

Film mydlany oświetlamy białym światłem (z lampy). Obserwujemy zabarwienie jasne paski na kolory spektralne: powyżej - niebieski, poniżej - czerwony.

Wyjaśnienie. Zabarwienie to tłumaczy się zależnością położenia pasm światła od długości fali padającego koloru.

Obserwujemy również, że pasma, rozszerzając się i zachowując swój kształt, przesuwają się w dół.

Wyjaśnienie. Jest to spowodowane zmniejszeniem grubości filmu, ponieważ roztwór mydła spływa pod wpływem grawitacji.

Doświadczenie 2. Dmuchnij bańkę mydlaną szklaną rurką i dokładnie ją obejrzyj. Po oświetleniu światłem białym obserwuj powstawanie kolorowych pierścieni interferencyjnych, zabarwionych kolorami widmowymi. Górna krawędź każdego pierścienia świetlnego ma Kolor niebieski, dolny jest czerwony. W miarę zmniejszania się grubości warstwy pierścienie, również rozszerzając się, powoli przesuwają się w dół. Ich pierścieniowy kształt tłumaczy się pierścieniowym kształtem linii o równej grubości.

Odpowiedz na pytania:

1. Dlaczego bańka są opalizujące?
2. Jaki kształt mają tęczowe paski?
3. Dlaczego kolor bańki cały czas się zmienia?

Doświadczenie 3. Dokładnie wytrzyj dwie szklane płytki, złóż je razem i ściśnij palcami. Ze względu na nieidealny kształt stykających się powierzchni między płytami powstają najcieńsze przestrzenie powietrzne.

Kiedy światło odbija się od powierzchni płytek tworzących szczelinę, pojawiają się jasne opalizujące paski - w kształcie pierścienia lub o nieregularnym kształcie. Gdy zmienia się siła ściskająca płyty, zmienia się układ i kształt pasków. Narysuj obrazki, które widzisz.

Wyjaśnienie: Powierzchnie płytek nie mogą być idealnie równe, więc stykają się tylko w kilku miejscach. Wokół tych miejsc tworzą się najcieńsze kliny powietrza. różne kształty dając obraz ingerencji. W świetle przechodzącym warunek maksymalny 2h=kl

Odpowiedz na pytania:

1. Dlaczego w punktach styku płytek obserwuje się jasne, opalizujące paski w kształcie pierścieni lub nieregularnych kształtów?
2. Dlaczego kształt i położenie prążków interferencyjnych zmienia się wraz z ciśnieniem?

Doświadczenie 4.Zajrzyj uważnie pod różne kąty powierzchni płyty CD (na której jest zapis).

Wyjaśnienie: Jasność widm dyfrakcyjnych zależy od częstotliwości rowków osadzonych na dysku oraz od kąta padania promieni. Prawie równoległe promienie padające z żarnika odbijają się od sąsiednich wybrzuszeń między rowkami w punktach A i B. Promienie odbite pod kątem równym kątowi padania tworzą obraz żarnika w postaci białej linii. Promienie odbijane pod innymi kątami mają pewną różnicę dróg, w wyniku czego fale są dodawane.

Co obserwujesz? Wyjaśnij obserwowane zjawiska. Opisz wzór interferencji.

Powierzchnia płyty CD to spiralna ścieżka o skoku proporcjonalnym do długości fali widzialne światło. Na drobnoziarnistej powierzchni pojawiają się zjawiska dyfrakcji i interferencji. Najważniejsze elementy płyt CD są opalizujące.

Doświadczenie 5. Przesuwamy suwak zacisku, aż między szczękami powstanie szczelina o szerokości 0,5 mm.

Ściętą część gąbek przykładamy blisko oka (ustawiając szczelinę pionowo). Przez tę szczelinę patrzymy na pionowo umieszczoną nić płonącej lampy. Obserwujemy tęczowe paski równoległe do niej po obu stronach nici. Zmieniamy szerokość szczeliny w zakresie 0,05 - 0,8 mm. Przechodząc do węższych szczelin, prążki oddalają się od siebie, stają się szersze i tworzą wyraźne widma. Oglądane przez najszerszą szczelinę, frędzle są bardzo wąskie i blisko siebie. Narysuj obrazek, który widzisz w zeszycie. Wyjaśnij obserwowane zjawiska.

Doświadczenie 6. Spojrzeć przez tkanina nylonowa na żarniku płonącej lampy. Obracając tkaninę wokół osi uzyskamy wyraźny wzór dyfrakcyjny w postaci dwóch krzyżujących się pod kątem prostym pasm dyfrakcyjnych.

Wyjaśnienie: Maksimum dyfrakcyjne jest widoczne w środku skorupy biały. Przy k=0 różnica dróg fali jest równa zeru, więc centralne maksimum jest białe. Krzyż uzyskuje się, ponieważ nitki tkaniny to dwie siatki dyfrakcyjne złożone razem z wzajemnie prostopadłymi szczelinami. Pojawienie się kolorów widmowych tłumaczy fakt, że światło białe składa się z fal różne długości. Maksimum dyfrakcyjne światła dla różnych długości fal uzyskuje się w różnych miejscach.

Naszkicuj obserwowany krzyż dyfrakcyjny. Wyjaśnij obserwowane zjawiska.

Zapisz wyjście. Wskaż, w których z Twoich doświadczeń zaobserwowano zjawisko interferencji, aw których dyfrakcji.

Pytania testowe:

1. Co to jest światło?
2. Kto udowodnił, że światło jest falą elektromagnetyczną?
3. Co nazywamy interferencją światła? Jakie są maksymalne i minimalne warunki interferencji?
4. Czy fale świetlne z dwóch żarówek mogą interferować? Czemu?
5. Co to jest dyfrakcja światła?
6. Czy położenie głównych maksimów dyfrakcyjnych zależy od liczby szczelin siatki?

Zadanie 1. Obserwacja interferencji światła na warstwie powietrza.

1. Dokładnie wytrzyj szklane płytki, złóż je razem i ściśnij palcami.

2. Obejrzyj płytki w świetle odbitym na ciemnym tle (muszą być ustawione tak, aby na szklanej powierzchni nie tworzyły się zbyt jasne refleksy od okien czy białych ścian).

3. W niektórych miejscach stykania się płytek można zaobserwować jasne, opalizujące paski w kształcie pierścieni lub nieregularnych kształtów.

4. Zwróć uwagę na zmiany kształtu i położenia otrzymanych prążków interferencyjnych wraz ze zmianą ciśnienia.

5. Spróbuj zobaczyć wzór interferencji w świetle przechodzącym.

6. Narysuj obrazki, które widzisz.

Odpowiedz na pytania:

a) Dlaczego w różnych miejscach styku płytek obserwuje się jasne opalizujące pierścieniowe lub nieregularne paski?

b) Dlaczego kształt i położenie otrzymanych prążków interferencyjnych zmienia się wraz ze zmianą ciśnienia?

Zadanie 2. Obserwacja interferencji światła na warstewce mydlanej.

1. Zrób roztwór mydła.

2. Nałóż warstwę mydła na druciany pierścień i umieść go pionowo.

3. W zaciemnionej klasie obserwuj pojawienie się jasnych i ciemnych pasów na filmie.

4. Oświetl film mydlany światłem z lampy lub latarki.

5. Obserwuj zabarwienie jasnych pasm w kolorach widmowych.

6. Policz, ile pasm tego samego koloru jest jednocześnie widocznych na kliszy.

7. Określ, czy orientacja i kształt pasków zmieniają się, gdy ramka jest obracana w płaszczyźnie pionowej.

8. Narysuj obrazki, które widzisz.

Odpowiedz na pytania:

a) Co wyjaśnia obecność jasnych i ciemnych pasm na początku eksperymentu?

b) Dlaczego kolory widmowe pojawiają się, gdy film jest oświetlony światłem?

c) Dlaczego paski, rozszerzając się i zachowując swój kształt, spływają w dół?

Zadanie 3. Obserwacja interferencji światła na bańce mydlanej.

1. Dmuchnij bańkę mydlaną.

2. Przy oświetleniu światłem białym obserwuj powstawanie kolorowych pierścieni interferencyjnych.

Odpowiedz na pytania:

a) Dlaczego bańki mydlane są opalizujące?

b) Dlaczego kolor bańki cały czas się zmienia?

c) Jaki kształt mają tęczowe paski?

Zadanie 4. Temperuj kolory.

1. Weź pęsetą żyletkę i podgrzej ją nad płomieniem palnika.

2. Naszkicuj obserwowany obraz.

Odpowiedz na pytania:

a) Jakie zjawisko zaobserwowałeś?

b) Jak to wyjaśnić?

c) Jakie kolory iw jakiej kolejności pojawiały się na ostrzu podczas podgrzewania?

Badanie dyfrakcji światła.

Zadanie 1. Obserwacja dyfrakcji światła na wąskiej szczelinie.

1. Zamontować szczelinę o szerokości 0,5 mm między szczękami zacisku.

2. Przymocuj szczelinę blisko oka, ustawiając ją pionowo.

3. Patrząc przez szczelinę na pionowo umieszczone świecące włókno lampy, obserwuj tęczowe paski (widma dyfrakcyjne) po obu stronach włókna.

4. Zmieniając szerokość szczeliny z 0,5 na 0,8 mm, zauważ, jak ta zmiana wpływa na widma dyfrakcyjne.

5. Narysuj obrazek, który widzisz w zeszycie.

Zadanie 2. Obserwacja dyfrakcji na tkaninie nylonowej.

1. Spójrz przez nylonową tkaninę na żarnik płonącej lampy.

2. Obracając tkaninę wokół osi uzyskamy wyraźny wzór dyfrakcyjny w postaci dwóch krzyżujących się pod kątem prostym pasm dyfrakcyjnych.

3. Naszkicuj obserwowany krzyż dyfrakcyjny.

Odpowiedz na pytania:

a) Dlaczego powstał ten krzyż dyfrakcyjny?

b) Co wyjaśnia pojawienie się kolorów widmowych?

Zadanie 3. Obserwacja dyfrakcji światła na dysku lasera.

1. Połóż płytę poziomo na wysokości oczu.

2. Narysuj ten obrazek.

Odpowiedz na pytania:

a) Co jest na dysku?

b) Jakie zjawiska zaobserwowałeś?

DODATEK

Dyfrakcja światła- jest to odchylenie promieni świetlnych od propagacji prostoliniowej podczas przechodzenia przez wąskie szczeliny, małe otwory lub podczas zaginania wokół małych przeszkód.
Zjawisko dyfrakcji światła dowodzi, że światło ma właściwości falowe. Aby obserwować dyfrakcję, możesz:

Przepuść światło ze źródła przez bardzo mały otwór lub umieść ekran w dużej odległości od otworu. Następnie na ekranie obserwuje się złożony obraz jasnych i ciemnych koncentrycznych pierścieni.

Lub skieruj światło na cienki drut, wtedy na ekranie iw obudowie będą widoczne jasne i ciemne paski białe światło- tęczowy pasek

Siatka dyfrakcyjna jest przyrządem optycznym do pomiaru długości fali światła.

Siatka dyfrakcyjna jest zbiorem dużej liczby bardzo wąskie szczeliny oddzielone nieprzezroczystymi szczelinami.

Jeśli fala monochromatyczna pada na siatkę, to szczeliny (źródła wtórne) tworzą spójne fale. Za maskownicą umieszczono soczewkę skupiającą, a następnie ekran. W wyniku interferencji światła z różnych szczelin siatki obserwuje się na ekranie układ maksimów i minimów.

Różnica dróg między falami od krawędzi sąsiednich szczelin jest równa długości odcinka AC. Jeśli w tym segmencie mieści się całkowita liczba długości fal, to fale ze wszystkich szczelin będą się wzmacniać. Przy użyciu światła białego wszystkie maksima (oprócz centralnego) mają kolor tęczy.

d = a + b - okres kratowania

a - szerokość szczeliny; b - długość

d = 1/N to stała siatki dyfrakcyjnej.

N - Liczba uderzeń.

φ - kąt odchylenia fal świetlnych pod wpływem dyfrakcji

φ = kλ - wzór na siatkę dyfrakcyjną.

k - Rząd maksimum (0, ±1, ±2, ...)

λ = - długość fali

Zakłócenia światła- przestrzenna redystrybucja strumienia świetlnego w przypadku nałożenia się dwóch (lub kilku) spójnych fal świetlnych, w wyniku czego w niektórych miejscach pojawiają się maksima natężenia, aw innych minima (wzór interferencyjny).

Warunek maksymalny: Warunek minimalny:

Zastosowanie interferencji światła:

1. Pomiar długości z bardzo dużą dokładnością; umożliwiło to podanie łatwej do odtworzenia i dość dokładnej definicji jednostki długości - metra, w zależności od długości fali pomarańczowej linii kryptonu. Komparatory zakłóceń umożliwiają porównywanie rozmiarów do 1 metra z dokładnością do 0,05 mikrona; mniejsze wymiary można mierzyć z jeszcze większą dokładnością. Tak wysoka dokładność wynika z faktu, że zmiana różnicy dróg o jedną dziesiątą długości fali zauważalnie przesuwa prążki interferencyjne.

2. Wpływ dużej liczby urządzeń optycznych pod Nazwa zwyczajowa interferometry, które są używane do różnych pomiarów. W przemyśle optomechanicznym interferometry wykorzystywane są do kontroli jakości układów optycznych oraz do kontroli powierzchni poszczególnych części optycznych. W przemyśle metalowym - do kontroli czystości obróbki powierzchni metalowych. Badanie i kontrola polerowania powierzchni lustrzanych odbywa się z dokładnością do setnych części długości fali.

3. Wykorzystując zjawisko interferencji wyznacza się szereg najważniejszych wielkości charakteryzujących substancje: współczynnik rozszerzalności ciała stałe(dylatometry), współczynnik załamania światła ciał gazowych, ciekłych i stałych (refraktometry) itp. Dylatometry interferencyjne umożliwiają ustalenie wydłużenia próbki o 0,02 µm.

4. Spektroskopy interferencyjne są szeroko stosowane do badania składu widmowego promieniowania różnych substancji.

5. Poprzez interferencję wiązek spolaryzowanych wyznacza się wartości naprężeń wewnętrznych w różnych częściach (metoda fotosprężystości).

Pierwszy eksperyment polegający na obserwacji interferencji światła w laboratorium należy do I. Newtona. Zaobserwował wzór interferencyjny powstający w wyniku odbicia światła w cienkiej szczelinie powietrznej między płaską szklaną płytką a płasko-wypukłą soczewką o dużym promieniu krzywizny. Wzór interferencji wyglądał jak koncentryczne pierścienie, zwane pierścieniami Newtona.

Kolory temperamentu.

Kolory temperowane – opalizujący kolor, który pojawia się na czystej powierzchni nagrzanej stali w wyniku tworzenia się na niej cienkiej warstwy tlenków. Grubość powłoki zależy od temperatury nagrzewania stali: folie o różnej grubości odbijają promienie świetlne w różny sposób, co jest przyczyną niektórych kolorów zabarwienia (patrz tabela). Na stalach stopowych (do których wprowadza się inne metale w celu nadania określonych właściwości) te same kolory odcieni pojawiają się w wyższych temperaturach.

Obserwacja wybiórcza: pojęcie, rodzaje, błędy próbkowania, ocena wyników. Przykłady rozwiązywania problemów

D) kompletność objęcia chorych dzieci obserwacją ambulatoryjną

Dynamiczna obserwacja i kontrola, zapobieganie nawrotom palenia

Dyfrakcja światła. Dyfrakcja Fraunhofera na siatce dyfrakcyjnej.

1. Cel pracy: nauka cechy interferencja i dyfrakcja światła.

2. Literatura:

2.1. Kasjanow V.A. Fizyka. Klasa 11: podręcznik do kształcenia ogólnego instytucje edukacyjne. - M., 2003. Paragrafy 44, 45, 47.

2.2. Streszczenie wykładów na temat "Fizyka".

3. Przygotowanie do pracy:

3.1. Odpowiedz na pytania autotestu, aby uzyskać pozwolenie na pracę:

3.1.1. Jakie zjawisko nazywamy interferencją?

3.1.2. Jakie fale nazywamy spójnymi? Wymień metody uzyskiwania spójnych źródeł falowych.

3.1.3. Jakie zjawisko nazywamy dyfrakcją?

3.1.4. Na czym polega zasada Huygensa-Fresnela?

3.2. Przygotuj formularz raportu zgodnie z paragrafem 6.

4. Lista niezbędny sprzęt:

4.2. Wydanie elektroniczne„Prace laboratoryjne z fizyki klas 10-11”: Drop, 2005. Praca laboratoryjna nr 12.

5. Kolejność wykonania prac:

Włącz komputer. Ustaw pracę laboratoryjną nr 12. Rozważ sprzęt do eksperymentu (ryc. 1).

5.2. Zapal lampę spirytusową (2) Wstaw do ognia kawałek waty (3) zwilżony roztworem chlorku sodu.

5.3. Zanurz druciany pierścień w roztworze mydła, aby utworzyć warstwę mydlaną.

5.4. Naszkicuj wzór interferencyjny uzyskany na kliszy przy oświetleniu żółtym światłem lampy spirytusowej (ryc. 2). Wyjaśnij kolejność kolory we wzorze interferencyjnym, gdy film jest oświetlony światłem białym.

5.5. Użyj szklanej rurki, aby wydmuchać małą bańkę mydlaną na powierzchnię roztworu mydła. Wyjaśnij przyczynę ruchu pierścieni interferencyjnych w dół.

5.6. Opisz wzór interferencji zaobserwowany na dwóch ściśniętych płytkach szklanych. Jak zmienia się obserwowany wzór wraz ze wzrostem siły dociskającej do siebie płytki?

5.7. Opisz wzór interferencji, gdy płyta CD jest podświetlona. Naszkicuj dwa wzory dyfrakcyjne obserwowane podczas badania żarnika płonącej lampy przez szczelinę suwmiarki (o szerokości szczeliny 0,05 i 0,8 mm). Opisz zmianę charakteru wzoru interferencyjnego przy płynnym obrocie suwmiarki wokół osi pionowej przy szerokości szczeliny 0,8 mm. Umieść ramkę z gwintem na tle palącej się lampy równolegle do żarnika (rys. 3). Przesuwając ramkę względem oka, upewnij się, że pośrodku, w obszarze geometrycznego cienia nitki, widoczny jest jasny pasek. Naszkicuj wzór dyfrakcyjny zaobserwowany dla cienkiego włókna.

5.8. Spójrz przez czarną nylonową tkaninę na włókno płonącej lampy. Obracając tkaninę wokół osi uzyskamy wyraźny wzór dyfrakcyjny w postaci dwóch krzyżujących się pod kątem prostym pasm dyfrakcyjnych. Naszkicuj zaobserwowany krzyż dyfrakcyjny, opisz go.

6.1. Numer i tytuł pracy.

6.2. Cel.

6.3. Rysunek wzoru interferencyjnego (ryc. 2) i jego objaśnienie.

6.4. Wyjaśnienie wzoru interferencji na powierzchni bańki mydlanej.

6.5. Rysunek wzoru interferencyjnego obserwowanego z dwóch sprasowanych szklanych płytek. Wyjaśnienie jego zmiany podczas ściskania płyt.

6.6. Opis wzoru interferencji podczas oświetlania płyty CD.

6.7. Rysowanie dwóch obrazów dyfrakcyjnych na szczelinie 0,05 i 0,8 mm. Opisz jego zmianę płynnym obrotem szczeliny wokół osi pionowej.

6.8. Rysowanie obrazu dyfrakcyjnego na cienkiej nici.

6.9. Rysowanie obrazu dyfrakcyjnego na nitce kapronowej. krzyż dyfrakcyjny.

Praca laboratoryjna nr 13.

Temat: Obserwacja zjawisk interferencji i dyfrakcji światła.

Cel: eksperymentalnie zbadać zjawisko interferencji i dyfrakcji.

Ekwipunek:

• szklanki z roztworem mydła;
• druciany pierścień z uchwytem;
• tkanina nylonowa;
• PŁYTA CD;
• lampa żarowa;
• suwmiarka;
• dwa szklane talerze;
• ostrze;
• pinceta;
• tkanina nylonowa.

Część teoretyczna

Interferencja jest zjawiskiem charakterystycznym dla fal dowolnej natury: mechanicznej, elektromagnetycznej. Interferencja fal to dodanie dwóch (lub kilku) fal w przestrzeni, w którym w różnych jej punktach uzyskuje się wzmocnienie lub osłabienie fali wynikowej. Aby utworzyć stabilny wzór interferencji, potrzebne są spójne (dopasowane) źródła fal. Fale spójne to fale o tej samej częstotliwości i stałej różnicy faz.

Maksymalne warunki Δd = ±kλ, minimalne warunki, Δd = ± (2k + 1)λ/2 gdzie k =0; ± 1; ±2; ± 3;...(różnica dróg fal jest równa parzystej liczbie półfal

Wzór interferencyjny to regularne naprzemienne obszary o zwiększonym i zmniejszonym natężeniu światła. Interferencja światła to przestrzenna redystrybucja energii promieniowania świetlnego, gdy nakładają się dwie lub więcej fal świetlnych. W związku z tym w zjawiskach interferencji i dyfrakcji światła przestrzegane jest prawo zachowania energii. W obszarze interferencji energia świetlna jest jedynie redystrybuowana bez przekształcania w inne rodzaje energii. Wzrost energii w niektórych punktach wzoru interferencyjnego w stosunku do całkowitej energii światła jest kompensowany przez jej spadek w innych punktach (całkowita energia światła to energia świetlna dwóch wiązek światła z niezależnych źródeł).
Jasne paski odpowiadają maksimom energii, ciemne paski odpowiadają minimom energii.

Dyfrakcja to zjawisko odchylenia fali od propagacji prostoliniowej podczas przechodzenia przez małe dziury i okrążania przez falę małych przeszkód. Warunek manifestacji dyfrakcji: d< λ, gdzie d- wielkość przeszkody, λ - długość fali. Wymiary przeszkód (dziur) muszą być mniejsze lub współmierne do długości fali. Istnienie tego zjawiska (dyfrakcji) ogranicza zakres praw optyki geometrycznej i jest przyczyną ograniczania rozdzielczości przyrządów optycznych. Siatka dyfrakcyjna to urządzenie optyczne, które jest okresową strukturą dużej liczby regularnie ułożonych elementów, na których ugina się światło. Pociągnięcia o określonym i stałym profilu dla danej siatki dyfrakcyjnej są powtarzane w regularnych odstępach czasu d(okres kratowy). Zdolność siatki dyfrakcyjnej do rozkładania padającej na nią wiązki światła na długości fal jest jej główną właściwością. Istnieją odblaskowe i przezroczyste siatki dyfrakcyjne. W nowoczesnych urządzeniach stosuje się głównie refleksyjne siatki dyfrakcyjne. Warunek zaobserwowania maksimum dyfrakcji: re sin(φ) = ± kλ

Instrukcje do pracy

1. Zanurz drucianą ramę w roztworze mydła. Zaobserwuj i narysuj wzór interferencji w filmie mydlanym. Gdy film jest oświetlony światłem białym (z okna lub lampy), paski światła są zabarwione: u góry na niebiesko, na dole na czerwono. Użyj szklanej rurki, aby wydmuchać bańkę mydlaną. Obserwuj go. Przy oświetleniu światłem białym obserwuje się powstawanie kolorowych pierścieni interferencyjnych. Gdy grubość warstwy maleje, pierścienie rozszerzają się i przesuwają w dół.

Odpowiedz na pytania:

1. Dlaczego bańki mydlane są opalizujące?
2. Jaki kształt mają tęczowe paski?
3. Dlaczego kolor bańki cały czas się zmienia?

2. Dokładnie wytrzyj szklane płytki, złóż je razem i ściśnij palcami. Ze względu na nieidealny kształt stykających się powierzchni, między płytkami tworzą się najcieńsze puste przestrzenie powietrzne, dające jasne opalizujące pierścieniowe lub zamknięte paski o nieregularnych kształtach. Gdy zmienia się siła ściskająca płytki, położenie i kształt pasm zmienia się zarówno w świetle odbitym, jak i przechodzącym. Narysuj obrazki, które widzisz.

Odpowiedz na pytania:

1. Dlaczego w różnych miejscach styku płytek obserwuje się jasne opalizujące pierścieniowe lub nieregularne paski?
2. Dlaczego kształt i położenie otrzymanych prążków interferencyjnych zmienia się wraz ze zmianą ciśnienia?

3. Połóż płytę CD poziomo na wysokości oczu. Co obserwujesz? Wyjaśnij obserwowane zjawiska. Opisz wzór interferencji.

4. Spójrz przez nylonową tkaninę na żarnik płonącej lampy. Obracając tkaninę wokół osi uzyskamy wyraźny wzór dyfrakcyjny w postaci dwóch krzyżujących się pod kątem prostym pasm dyfrakcyjnych. Naszkicuj obserwowany krzyż dyfrakcyjny.

5. Zaobserwować dwa wzory dyfrakcyjne podczas badania żarnika płonącej lampy przez szczelinę utworzoną przez szczęki suwmiarki (o szerokości szczeliny 0,05 mm i 0,8 mm). Opisz zmianę charakteru wzoru interferencyjnego przy płynnym obrocie suwmiarki wokół osi pionowej (przy szerokości szczeliny 0,8 mm). Powtórz ten eksperyment z dwoma ostrzami, dociskając je do siebie. Opisz naturę obrazu interferencyjnego

Zapisz swoje ustalenia. Wskaż, w którym z Twoich eksperymentów zaobserwowano zjawisko interferencji? dyfrakcja?