Laboratorio n. 1 3
Argomento: Osservazione dei fenomeni di interferenza e diffrazione della luce
Scopo: durante l'esperimento provare l'esistenza dei fenomeni di diffrazione e inter-
interferenza, nonché essere in grado di spiegare le ragioni della formazione dell'interferenza
modelli di diffrazione
Se la luce è un flusso di onde, allora il fenomeno dovrebbe essere osservato interferenza, cioè, l'aggiunta di due o più onde. Tuttavia, è impossibile ottenere uno schema di interferenza (alternando massimi e minimi di illuminazione) utilizzando due sorgenti luminose indipendenti.
Per ottenere un modello di interferenza stabile, sono necessarie onde abbinate (coerenti). Devono avere la stessa frequenza e una differenza di fase costante (o differenza di percorso) in qualsiasi punto dello spazio.
Uno schema di interferenza stabile si osserva su film sottili di cherosene o olio sulla superficie dell'acqua, sulla superficie di una bolla di sapone.
Newton ha ottenuto un semplice schema di interferenza osservando il comportamento della luce in un sottile strato d'aria tra una lastra di vetro e una lente piano-convessa sovrapposta ad essa.
Diffrazione- piegarsi attorno ai bordi degli ostacoli dalle onde - è inerente a qualsiasi fenomeno ondulatorio. Le onde deviano dalla propagazione rettilinea ad angoli evidenti solo su ostacoli le cui dimensioni sono paragonabili alla lunghezza d'onda e la lunghezza d'onda dell'onda luminosa è molto piccola (4 10 -7 m - 8 10 -7 m) .
In questo lavoro di laboratorio, saremo in grado di osservare l'interferenza e
diffrazione, oltre a spiegare questi fenomeni sulla base della teoria.
Attrezzatura: - lastre di vetro - 2 pezzi;
Kapron patchwork o cambric;
Lampada a filamento diritto, candela;
Calibri
Procedura di lavoro:
Nota : un rapporto sull'esecuzione di ogni esperimento deve essere rilasciato secondo
il seguente schema: 1) disegno;
2) spiegazione dell'esperienza.
io . Osservazione del fenomeno dell'interferenza luminosa.
1. Pulisci accuratamente le lastre di vetro, uniscile e strizzale con le dita.
2. Esaminare le lastre in luce riflessa , su uno sfondo scuro (posizionarli
è necessario in modo che non si formi un bagliore troppo luminoso sulla superficie del vetro
da finestre o pareti bianche).
3. In alcuni punti in cui le lastre entrano in contatto, si osservano brillanti colori dell'arcobaleno.
bande anulari o irregolari.
4. Disegnare lo schema di interferenza osservato.
II . Osservazione del fenomeno della diffrazione.
a) 1. Installare uno spazio di 0,05 mm di larghezza tra le ganasce della pinza.
2. Avvicinare la fessura all'occhio, posizionandola verticalmente.
3. Guardando attraverso la fessura un filo luminoso posizionato verticalmente
lampada, candela, osserva, strisce arcobaleno su entrambi i lati del filo
(spettri di diffrazione).
4. Aumentando la larghezza della fenditura, notare come questo cambiamento influisca sulla diffrazione
immagine zionale.
5. Disegna e spiega gli spettri di diffrazione ottenuti dalla fenditura
calibro per lampada e candela.
b) 1. Osservare gli spettri di diffrazione usando brandelli di nylon o
2. Disegna e spiega il pattern di diffrazione ottenuto sul cerotto
III . Dopo aver condotto gli esperimenti, trarre una conclusione generale basata sui risultati delle osservazioni.
Domande di prova:
1. Perché in una stanza normale dove non si osservano molte sorgenti luminose
interferenza? Quale condizione devono soddisfare queste fonti?
Indica questa condizione.
2. Quale fenomeno si osserva sulla superficie delle bolle di sapone?
Chi e come ha spiegato questo fenomeno?
3. Qual è l'esperienza di Jung? Quali sono i suoi risultati?
4. Quali ostacoli può aggirare un'onda luminosa?
5. Quale fenomeno, insieme all'interferenza e alla diffrazione, si è verificato nell'osservazione
le tue esperienze? Come si è manifestato?
Argomento: Osservazione dei fenomeni di interferenza e diffrazione della luce.
Obbiettivo: studiare sperimentalmente il fenomeno dell'interferenza e della diffrazione.
Attrezzatura:
- bicchieri con una soluzione di sapone;
- anello di filo con una maniglia;
- tessuto di nylon;
- CD;
- lampada a incandescenza;
- calibri;
- due lastre di vetro;
- Lama;
- pinzette;
- tessuto di nylon.
Parte teorica
L'interferenza è un fenomeno caratteristico delle onde di qualsiasi natura: meccaniche, elettromagnetiche. L'interferenza d'onda è l'aggiunta di due (o più) onde nello spazio, in cui nei suoi diversi punti si ottiene un'amplificazione o un indebolimento dell'onda risultante. Per formare un modello di interferenza stabile, sono necessarie sorgenti d'onda coerenti (abbinate). Le onde coerenti sono onde che hanno la stessa frequenza e una differenza di fase costante.
Condizioni massime Δd = ±kλ, condizioni minime, Δd = ± (2k + 1)λ/2 dove k =0; ± 1; ±2; ± 3;...(la differenza nel percorso delle onde è pari ad un numero pari di semionde
Un modello di interferenza è un'alternanza regolare di aree di intensità luminosa aumentata e diminuita. L'interferenza luminosa è la ridistribuzione spaziale dell'energia della radiazione luminosa quando due o più onde luminose sono sovrapposte. Di conseguenza, nei fenomeni di interferenza e di diffrazione della luce si osserva la legge di conservazione dell'energia. Nell'area di interferenza, l'energia luminosa viene solo ridistribuita senza essere convertita in altri tipi di energia. L'aumento di energia in alcuni punti del pattern di interferenza rispetto all'energia luminosa totale è compensato dalla sua diminuzione in altri punti (l'energia luminosa totale è l'energia luminosa di due fasci di luce provenienti da sorgenti indipendenti).
Le strisce chiare corrispondono ai massimi di energia, le strisce scure corrispondono ai minimi di energia.
La diffrazione è il fenomeno della deviazione dell'onda dalla propagazione rettilinea quando si attraversano piccoli fori e si arrotondano piccoli ostacoli dall'onda. Condizione per la manifestazione della diffrazione: D< λ, dove D- la dimensione dell'ostacolo, λ - lunghezza d'onda. Le dimensioni degli ostacoli (fori) devono essere inferiori o commisurate alla lunghezza d'onda. L'esistenza di questo fenomeno (diffrazione) limita la portata delle leggi dell'ottica geometrica ed è la ragione per la risoluzione limitante degli strumenti ottici. Un reticolo di diffrazione è un dispositivo ottico che è una struttura periodica di un gran numero di elementi disposti regolarmente su cui viene diffratta la luce. I tratti con un profilo definito e costante per un dato reticolo di diffrazione vengono ripetuti a intervalli regolari D(periodo reticolare). La capacità di un reticolo di diffrazione di scomporre un raggio di luce incidente su di esso in lunghezze d'onda è la sua proprietà principale. Sono presenti reticoli di diffrazione riflettenti e trasparenti. Nei dispositivi moderni vengono utilizzati principalmente reticoli di diffrazione riflettenti. Condizione per osservare la diffrazione massima: d sin(φ) = ± kλ
Istruzioni per il lavoro
1. Immergere il telaio metallico nella soluzione di sapone. Osservare e disegnare il modello di interferenza nella pellicola di sapone. Quando il film viene illuminato con luce bianca (da una finestra o da una lampada), le strisce luminose sono colorate: in alto - blu, in basso - rosse. Usa un tubo di vetro per soffiare una bolla di sapone. Guardalo. Quando illuminato con luce bianca, si osserva la formazione di anelli di interferenza colorati. Quando lo spessore del film diminuisce, gli anelli si espandono e si spostano verso il basso.
Rispondi alle domande:
- Perché le bolle di sapone sono iridescenti?
- Che forma hanno le strisce arcobaleno?
- Perché il colore della bolla cambia continuamente?
2. Pulisci accuratamente le lastre di vetro, uniscile e strizzale con le dita. A causa della forma non ideale delle superfici di contatto, i vuoti d'aria più sottili si formano tra le piastre, dando vita a strisce luminose iridescenti anulari o chiuse di forma irregolare. Quando la forza che comprime le piastre cambia, la posizione e la forma delle bande cambiano sia nella luce riflessa che in quella trasmessa. Disegna le immagini che vedi.
Rispondi alle domande:
- Perché si osservano strisce anulari o irregolari iridescenti luminose in punti di contatto separati tra le piastre?
- Perché la forma e la posizione delle frange di interferenza ottenute cambiano al variare della pressione?
3. Disporre un CD orizzontalmente all'altezza degli occhi. Cosa stai osservando? Spiega i fenomeni osservati. Descrivi il modello di interferenza.
4. Guarda attraverso il tessuto di nylon il filamento di una lampada accesa. Ruotando il tessuto attorno all'asse, ottenere un chiaro schema di diffrazione sotto forma di due bande di diffrazione incrociate ad angolo retto. Disegna la croce di diffrazione osservata.
5. Osservare due schemi di diffrazione quando si esamina il filamento di una lampada accesa attraverso una fessura formata dalle ganasce di un calibro (con una larghezza della fessura di 0,05 mm e 0,8 mm). Descrivere il cambiamento nella natura del modello di interferenza quando il calibro viene ruotato uniformemente attorno all'asse verticale (con una larghezza della fenditura di 0,8 mm). Ripeti questo esperimento con due lame, premendole l'una contro l'altra. Descrivere la natura del pattern di interferenza
Registra le tue scoperte. Indica in quale dei tuoi esperimenti è stato osservato il fenomeno dell'interferenza? diffrazione?
Obbiettivo: osservare l'interferenza e la diffrazione della luce.
Teoria.Interferenza luminosa. Le proprietà dell'onda della luce sono rivelate più chiaramente nei fenomeni di interferenza e di diffrazione. L'interferenza della luce spiega il colore delle bolle di sapone e delle sottili pellicole di olio sull'acqua, sebbene la soluzione di sapone e l'olio siano incolori. Le onde luminose vengono parzialmente riflesse dalla superficie di un film sottile e parzialmente vi passano. Sul secondo limite del film si verifica nuovamente la riflessione parziale delle onde (Fig. 1). Le onde luminose riflesse da due superfici di una pellicola sottile viaggiano nella stessa direzione ma percorrono percorsi diversi.
Immagine 1.
Con una differenza di percorso che è un multiplo di un numero intero di lunghezze d'onda:
si osserva un massimo di interferenza.
Per la differenza l, un multiplo di un numero dispari di semionde:
, (2)
viene rispettato un minimo di interferenza. Quando la condizione massima è soddisfatta per una lunghezza d'onda della luce, non è soddisfatta per altre lunghezze d'onda. Pertanto, una sottile pellicola trasparente incolore illuminata da luce bianca sembra essere colorata. Quando si modifica lo spessore del film o l'angolo di incidenza delle onde luminose, la differenza di percorso cambia e la condizione massima è soddisfatta per la luce con una lunghezza d'onda diversa.
Il fenomeno dell'interferenza nei film sottili viene utilizzato per controllare la qualità del trattamento superficiale, l'antiriflesso dell'ottica.
Diffrazione della luce. Quando la luce passa attraverso un piccolo foro sullo schermo, attorno al punto luminoso centrale si osservano anelli scuri e luminosi alternati (Fig. 2).
Figura 2.
Se la luce passa attraverso un bersaglio stretto, si ottiene l'immagine mostrata nella Figura 3.
Figura 3
Il fenomeno della deviazione della luce dalla direzione rettilinea di propagazione quando si passa sul bordo della barriera è chiamato diffrazione della luce.
Il fisico francese Fresnel ha spiegato la comparsa di anelli luminosi e scuri alternati nella regione dell'ombra geometrica con il fatto che le onde luminose provenienti dalla diffrazione da diversi punti del foro in un punto dello schermo interferiscono tra loro.
Strumenti e accessori: lastre di vetro - 2 pezzi, toppe in nylon o cambric, pellicola illuminata con fenditura realizzata con una lama di rasoio, disco per grammofono (o frammento di disco per grammofono), calibro, lampada a filamento diritto (una per tutto il gruppo), colorata matite.
Procedura di lavoro:
1. Osservazione dell'interferenza:
1.1. Pulisci bene le lastre di vetro, uniscile e strizzale con le dita.
1.2. Esaminare le lastre in luce riflessa su uno sfondo scuro (devono essere posizionate in modo che sulla superficie del vetro non si formino riflessi troppo luminosi da finestre o pareti bianche).
1.3. In alcuni punti in cui le placche entrano in contatto si possono osservare strisce luminose iridescenti a forma di anello o di forma irregolare.
1.4. Notare i cambiamenti nella forma e nella posizione delle frange di interferenza ottenute con un cambiamento di pressione.
1.5. Prova a vedere lo schema di interferenza nella luce trasmessa e disegnalo nel protocollo.
1.6. Considera lo schema di interferenza quando la luce colpisce la superficie del CD e disegnalo nel protocollo.
2. Osservazione di diffrazione:
2.1. Installare uno spazio di 0,5 mm di larghezza tra le ganasce della pinza.
2.2. Attacca la fessura vicino all'occhio, posizionandola orizzontalmente.
2.3. Osservando attraverso la fenditura un filamento luminoso della lampada posizionato orizzontalmente, osservare le strisce arcobaleno (spettri di diffrazione) su entrambi i lati del filamento.
2.4. Modificando la larghezza della fenditura da 0,5 a 0,8 mm, si noti come questa modifica influisca sugli spettri di diffrazione.
2.5. Disegna il modello di diffrazione nel protocollo.
2.6. Osservare gli spettri di diffrazione in luce trasmessa utilizzando patch di nylon o cambric.
2.7. Disegna i modelli di interferenza e diffrazione osservati.
3. Trai una conclusione sul lavoro svolto.
4. Rispondere alle domande di sicurezza.
Domande di prova:
1. Come vengono prodotte le onde luminose coerenti?
2. Quale caratteristica fisica delle onde luminose è associata alla differenza di colore?
3. Dopo aver colpito una pietra sul ghiaccio trasparente, appaiono delle crepe, luccicanti di tutti i colori dell'arcobaleno. Come mai?
4. Cosa vedi quando guardi una lampadina attraverso la piuma di un uccello?
5. Qual è la differenza tra gli spettri assimilati da un prisma e gli spettri di diffrazione?
LAVORO DI LABORATORIO N. 17.
Obbiettivo: osservare l'interferenza e la diffrazione della luce.
Strumenti e accessori:
piatti di vetro 2 pz.
alette kapron o cambric 1 pz.
Pellicola illuminata con uno slot 1 pz.
fatto da lama di rasoio 1 pz.
disco di grammofono (o un frammento di disco di grammofono) 1 pz.
pinza 1 pz.
lampada a filamento diritto (una per tutto il gruppo) 1 pz.
matite colorate 6 pz.
Completamento dei lavori:
1. Osserviamo il pattern di interferenza:
2. Pulisci accuratamente le lastre di vetro, uniscile e strizzale con le dita.
3. Esaminiamo le lastre in luce riflessa su uno sfondo scuro.
4. In alcuni punti in cui le placche entrano in contatto, osserviamo strisce luminose iridescenti a forma di anello o di forma irregolare.
5. Si notano cambiamenti nella forma e nella posizione delle frange di interferenza ottenute con un cambiamento di pressione.
6. Vediamo lo schema di interferenza nella luce trasmessa e lo disegniamo.
Figura 1. Schema di interferenza.
7. Considera lo schema di interferenza quando la luce colpisce la superficie del CD e disegnalo nel protocollo.
Figura 2. Schema di interferenza.
8. Osserviamo il pattern di diffrazione:
9. Installiamo uno spazio di 0,5 mm di larghezza tra le ganasce della pinza.
10. Avviciniamo la fessura all'occhio, posizionandola verticalmente.
11. Osservando attraverso la fessura il filamento luminoso della lampada posizionato verticalmente, osserviamo strisce arcobaleno (spettri di diffrazione) su entrambi i lati del filamento.
12. Modificando la larghezza della fenditura da 0,5 a 0,8 mm, notiamo come questo cambiamento influisca sugli spettri di diffrazione.
13. Disegna il modello di diffrazione.
Figura 3. Modello di diffrazione.
14. Osserviamo gli spettri di diffrazione nella luce trasmessa usando pezze di nylon o pellicola cambrica illuminata con una fenditura e li disegniamo nel rapporto.
Figura 4. Modello di diffrazione.
Produzione:
Risposte alle domande di controllo:
Lavoro di laboratorio numero 17.
Argomento: Determinazione della lunghezza di un'onda luminosa utilizzando un reticolo di diffrazione.
Obbiettivo: Determinazione della lunghezza d'onda della luce mediante reticolo di diffrazione.
Strumenti e accessori:
dispositivo per determinare la lunghezza di un'onda luminosa 1pz.
reticolo di diffrazione 1 pz.
sorgente luminosa 1 pz.
Completamento dei lavori:
1. Montiamo l'installazione utilizzando la Figura 1.1 delle linee guida.
Figura 1. Schema dell'installazione per determinare la lunghezza dell'onda luminosa.
2. Poniamo la scala alla massima distanza dal reticolo di diffrazione e indirizziamo l'installazione alla sorgente luminosa, ottenendo lo spettro di diffrazione =
3. Determinare lo spostamento del raggio dalla fenditura al centro della parte viola dello spettro
4. Calcolare il valore della lunghezza d'onda della luce dei raggi viola utilizzando la formula:
5. Ripetiamo l'esperimento per il colore verde, rosso dello spettro di diffrazione e calcoliamo la lunghezza d'onda della luce dei raggi verde e rosso usando le formule:
6. Confrontiamo i valori ottenuti con i valori tabulari medi del paragrafo 3 delle linee guida e calcoliamo l'errore di misura relativo utilizzando le formule:
Lo scopo della lezione:
- generalizzare le conoscenze sul tema “Interferenza e diffrazione della luce”;
- continuare la formazione di abilità e abilità sperimentali degli studenti;
- applicare le conoscenze teoriche per spiegare i fenomeni naturali;
- promuovere la formazione di interessi per la fisica e il processo di conoscenza scientifica;
- contribuire all'ampliamento degli orizzonti degli studenti, allo sviluppo della capacità di trarre conclusioni dai risultati dell'esperimento.
Attrezzatura:
- lampada a filamento diritto (una per classe);
- anello di filo con impugnatura (opere n. 1,2);
- un bicchiere di acqua saponata (opere n. 1,2);
- lastre di vetro (40 x 60 mm), 2 pezzi per set (lavoro n. 3) (attrezzatura fatta in casa);
- calibro (lavoro n. 4);
- tessuto di nylon (100 x 100 mm, attrezzatura fatta in casa, lavoro n. 5);
- dischi di grammofono (4 e 8 colpi per 1 mm, opera n. 6);
- CD (opera n. 6);
- fotografie di insetti e uccelli (opera n. 7).
Avanzamento della lezione
I. Attualizzazione delle conoscenze sul tema “Light Interference” (ripetizione del materiale studiato).
Insegnante: Prima di eseguire i compiti sperimentali, ripeteremo il materiale principale.
Quale fenomeno è chiamato il fenomeno dell'interferenza?
Quali onde sono caratterizzate da interferenza?
Definisci onde coerenti.
Annotare le condizioni per i massimi e i minimi di interferenza.
La legge di conservazione dell'energia è osservata nei fenomeni di interferenza?
Studenti (risposte suggerite):
– L'interferenza è un fenomeno caratteristico delle onde di qualsiasi natura: meccaniche, elettromagnetiche. "L'interferenza delle onde è l'addizione nello spazio di due (o più) onde, in cui nei suoi diversi punti si ottiene un'amplificazione o un indebolimento dell'onda risultante."
– Per la formazione di un modello di interferenza stabile, sono necessarie sorgenti d'onda coerenti (adattate).
- Le onde coerenti sono onde che hanno la stessa frequenza e una differenza di fase costante.
Alla lavagna, gli studenti annotano le condizioni per massimi e minimi.
L'ampiezza dello spostamento risultante nel punto C dipende dalla differenza nel percorso delle onde a distanza D 2 – D 1 .
| figura 1 - condizioni massime | figura 2 - condizioni minime |
| , () dove k=0; ± 1; ±2; ± 3;… (la differenza nel percorso delle onde è pari ad un numero pari di semionde) Le onde provenienti dalle sorgenti S 1 e S 2 arriveranno al punto C nelle stesse fasi e “si amplificheranno a vicenda”. Fasi di oscillazione Differenza di fase А=2Х max è l'ampiezza dell'onda risultante. |
 , ()dove k=0; ± 1; ±2; ± 3;… (la differenza nel percorso delle onde è pari a un numero dispari di semionde) Le onde provenienti dalle sorgenti S 1 e S 2 arriveranno al punto C in antifase e "si estingueranno a vicenda". Fasi di oscillazione Differenza di fase A=0 è l'ampiezza dell'onda risultante. |
Un modello di interferenza è un'alternanza regolare di aree di intensità luminosa aumentata e diminuita.
- Interferenza della luce - ridistribuzione spaziale dell'energia della radiazione luminosa quando due o più onde luminose sono sovrapposte.
Di conseguenza, nei fenomeni di interferenza e di diffrazione della luce si osserva la legge di conservazione dell'energia. Nell'area di interferenza, l'energia luminosa viene solo ridistribuita senza essere convertita in altri tipi di energia. L'aumento di energia in alcuni punti del pattern di interferenza rispetto all'energia luminosa totale è compensato dalla sua diminuzione in altri punti (l'energia luminosa totale è l'energia luminosa di due fasci di luce provenienti da sorgenti indipendenti).
Le strisce chiare corrispondono ai massimi di energia, le strisce scure corrispondono ai minimi di energia.
Insegnante: Passiamo alla parte pratica della lezione.
Lavoro sperimentale n. 1
“Osservazione del fenomeno dell'interferenza della luce su una pellicola di sapone”.
Equipaggiamento: bicchieri con una soluzione di sapone, anelli di filo con manico con un diametro di 30 mm. ( vedi figura 3)
Gli studenti osservano l'interferenza in un'aula buia su una pellicola di sapone piatta sotto illuminazione monocromatica.
Sull'anello di filo prendiamo una pellicola di sapone e la posizioniamo verticalmente.
Osserviamo strisce orizzontali chiare e scure che cambiano in larghezza al variare dello spessore del film ( vedi figura 4).
Spiegazione. L'aspetto delle bande chiare e scure è spiegato dall'interferenza delle onde luminose riflesse dalla superficie della pellicola. triangolo d = 2 ore
La differenza nel percorso delle onde luminose è pari al doppio dello spessore del film.
Se posizionato verticalmente, il film ha una forma a cuneo. La differenza nel percorso delle onde luminose nella sua parte superiore sarà inferiore rispetto alla sua parte inferiore. In quei punti del film in cui la differenza di percorso è uguale a un numero pari di semionde, si osservano strisce luminose. E con un numero dispari di semionde - strisce chiare. La disposizione orizzontale delle strisce è spiegata dalla disposizione orizzontale di linee di uguale spessore del film.
4. Illuminare la pellicola di sapone con luce bianca (dalla lampada).
5. Osserviamo la colorazione delle bande luminose nei colori spettrali: in alto - blu, in basso - rosso.
Spiegazione. Questa colorazione è spiegata dalla dipendenza della posizione delle bande luminose dalla lunghezza d'onda del colore incidente.
6. Osserviamo inoltre che le strisce, espandendosi e mantenendo la loro forma, si spostano verso il basso.
Spiegazione. Ciò è dovuto a una diminuzione dello spessore del film, poiché la soluzione di sapone scorre verso il basso sotto l'azione della gravità.
Lavoro sperimentale n. 2
"Osservazione dell'interferenza della luce su una bolla di sapone".
1. Gli studenti fanno le bolle (Vedi Figura 5).
2. Osserviamo la formazione di anelli di interferenza dipinti con colori spettrali sulle sue parti superiore e inferiore. Il bordo superiore di ogni anello luminoso è blu, quello inferiore è rosso. Man mano che lo spessore del film diminuisce, gli anelli, anche espandendosi, si abbassano lentamente. La loro forma anulare è spiegata dalla forma anulare di linee di uguale spessore.
Lavoro sperimentale n. 3.
“Osservazione dell'interferenza della luce su una pellicola d'aria”
Gli studenti mettono insieme lastre di vetro pulite e le stringono con le dita (vedi Figura n. 6).
Le lastre vengono visualizzate in luce riflessa su uno sfondo scuro.
Osserviamo in alcuni punti strisce luminose iridescenti a forma di anello o chiuse di forma irregolare.
Cambia la pressione e osserva il cambiamento nella posizione e nella forma delle strisce.
Insegnante: Le osservazioni in questo lavoro sono individuali. Disegna lo schema di interferenza che osservi.
Spiegazione: Le superfici dei piatti non possono essere perfettamente uniformi, quindi si toccano solo in pochi punti. Intorno a questi luoghi si formano i cunei d'aria più sottili di varie forme, che danno un'immagine di interferenza. (figura n. 7).
In luce trasmessa, la condizione massima 2h=kl
Insegnante: Il fenomeno dell'interferenza e della polarizzazione nella tecnologia delle costruzioni e dell'ingegneria viene utilizzato per studiare le sollecitazioni che si verificano nei singoli nodi di strutture e macchine. Il metodo di ricerca è chiamato fotoelastico. Ad esempio, quando il modello della parte viene deformato, l'omogeneità del vetro organico viene violata La natura del modello di interferenza riflette le sollecitazioni interne della parte.(foto n. 8) .
II. Attualizzazione delle conoscenze sul tema “Diffrazione della luce” (ripetizione del materiale studiato).
Insegnante: Prima di fare la seconda parte del lavoro, ripeteremo il materiale principale.
Quale fenomeno è chiamato il fenomeno della diffrazione?
Condizione per la manifestazione della diffrazione.
Reticolo di diffrazione, sue tipologie e principali proprietà.
Condizione per osservare il massimo di diffrazione.
Perché il viola è più vicino al centro del pattern di interferenza?
Studenti (risposte suggerite):
La diffrazione è il fenomeno della deviazione dell'onda dalla propagazione rettilinea quando si attraversano piccoli fori e si arrotondano piccoli ostacoli dall'onda.
Condizione per la manifestazione della diffrazione: D < , dove Dè la dimensione dell'ostacolo, è la lunghezza d'onda. Le dimensioni degli ostacoli (fori) devono essere inferiori o commisurate alla lunghezza d'onda. L'esistenza di questo fenomeno (diffrazione) limita la portata delle leggi dell'ottica geometrica ed è la ragione per la risoluzione limitante degli strumenti ottici.
Un reticolo di diffrazione è un dispositivo ottico che è una struttura periodica di un gran numero di elementi regolarmente distanziati su cui viene diffratta la luce. I tratti con un profilo definito e costante per un dato reticolo di diffrazione vengono ripetuti a intervalli regolari D(periodo reticolare). La capacità di un reticolo di diffrazione di scomporre un raggio di luce incidente su di esso in lunghezze d'onda è la sua proprietà principale. Sono presenti reticoli di diffrazione riflettenti e trasparenti. Nei dispositivi moderni vengono utilizzati principalmente reticoli di diffrazione riflettenti..
Condizione per osservare la diffrazione massima:
Lavoro sperimentale n. 4.
“Osservazione della diffrazione della luce da una stretta fenditura”
Equipaggiamento: (cm disegno n.9)
- Spostiamo il cursore della pinza fino a formare uno spazio di 0,5 mm di larghezza tra le ganasce.
- Avviciniamo all'occhio la parte smussata delle spugne (posizionando il guscio in verticale).
- Attraverso questa fessura osserviamo il filo posizionato verticalmente della lampada accesa.
- Osserviamo strisce iridescenti parallele ad esso su entrambi i lati del filo.
- Cambiamo la larghezza della fessura nell'intervallo 0,05 - 0,8 mm. Quando passano a fessure più strette, le bande si allontanano, si allargano e formano spettri distinti. Se viste attraverso la fessura più ampia, le frange sono molto strette e vicine l'una all'altra.
- Gli alunni disegnano ciò che vedono nei loro quaderni.
Lavoro sperimentale n. 5.
“Osservazione della diffrazione della luce su tessuto kapron”.
Equipaggiamento: una lampada a filamento diritto, tessuto di nylon di dimensioni 100x100 mm (Figura 10)
- Guardiamo attraverso il tessuto di nylon il filo di una lampada accesa.
- Osserviamo una "croce di diffrazione" (uno schema a forma di due bande di diffrazione incrociate ad angolo retto).
- Gli alunni disegnano su un quaderno l'immagine che vedono (croce di diffrazione).
Spiegazione: Al centro della crosta è visibile un picco di diffrazione bianco. A k=0, la differenza del percorso d'onda è uguale a zero, quindi il massimo centrale è bianco.
La croce si ottiene perché i fili del tessuto sono due reticoli di diffrazione piegati insieme con fessure tra loro perpendicolari. L'aspetto dei colori spettrali è spiegato dal fatto che la luce bianca è costituita da onde di diversa lunghezza. Il massimo di diffrazione della luce per diverse lunghezze d'onda si ottiene in luoghi diversi.
Lavoro sperimentale n. 6.
“Osservazione della diffrazione della luce su un disco di grammofono e un disco laser”.
Equipaggiamento: lampada a filamento diritto, disco per grammofono (vedi figura 11)
Il disco del grammofono è un buon reticolo di diffrazione.
- Posizioniamo il disco in modo che le scanalature siano parallele al filamento della lampada e osserviamo la diffrazione nella luce riflessa.
- Osserviamo spettri di diffrazione luminosa di diversi ordini.
Spiegazione: La luminosità degli spettri di diffrazione dipende dalla frequenza dei solchi applicati al disco e dall'angolo di incidenza dei raggi. (vedi figura 12)
I raggi quasi paralleli incidenti dal filamento della lampada vengono riflessi da rigonfiamenti adiacenti tra le scanalature nei punti A e B. I raggi riflessi con un angolo uguale all'angolo di incidenza formano un'immagine del filamento della lampada sotto forma di una linea bianca. I raggi riflessi ad altri angoli hanno una certa differenza di percorso, a seguito della quale vengono aggiunte le onde.
Osserviamo la diffrazione su un disco laser in modo simile. (vedi figura 13)
La superficie di un CD è una traccia a spirale con un passo paragonabile alla lunghezza d'onda della luce visibile, sulla superficie a grana fine compaiono fenomeni di diffrazione e interferenza. I punti salienti dei CD sono iridescenti.
Lavoro sperimentale n. 7.
"Osservazione della colorazione per diffrazione di insetti da fotografie".
Equipaggiamento: (vedi disegni n. 14, 15, 16.)
Insegnante: La colorazione per diffrazione di uccelli, farfalle e coleotteri è molto comune in natura. Un'ampia varietà di sfumature di colori diffrattivi è caratteristica di pavoni, fagiani, cicogne nere, colibrì e farfalle. La colorazione per diffrazione degli animali è stata studiata non solo dai biologi ma anche dai fisici.
Gli studenti guardano le fotografie.
Spiegazione: La superficie esterna del piumaggio di molti uccelli e la parte superiore del corpo di farfalle e coleotteri sono caratterizzati da una ripetizione regolare di elementi strutturali con un periodo da uno a diversi micron, che formano un reticolo di diffrazione. Ad esempio, la struttura degli occhi centrali della coda del pavone può essere vista nella Figura n. 14. Il colore degli occhi cambia a seconda di come la luce cade su di loro, da quale angolo li guardiamo.
Domande di controllo (ogni studente riceve una scheda con un compito - rispondi alle domande per iscritto ):
- Cos'è la luce?
- Chi ha dimostrato che la luce è un'onda elettromagnetica?
- Qual è la velocità della luce nel vuoto?
- Chi ha scoperto l'interferenza della luce?
- Cosa spiega la colorazione iridescente di sottili film di interferenza?
- Le onde luminose di due lampadine a incandescenza possono interferire? Come mai?
- Perché uno spesso strato di olio non è iridescente?
- La posizione dei massimi di diffrazione principale dipende dal numero di fessure del reticolo?
- Perché l'apparente colore cangiante di una pellicola di sapone cambia continuamente?
Compiti a casa (a gruppi, tenendo conto delle caratteristiche individuali degli studenti).
– Preparare un rapporto sull'argomento "Il paradosso di Vavilov".
– Componi cruciverba con le parole chiave “interferenza”, “diffrazione”.
Letteratura:
- Arabadzhi VI Colorazione per diffrazione degli insetti / "Quantum" n. 2, 1975
- Volkov VA Sviluppi della lezione universale in fisica. Grado 11. - M.: VAKO, 2006.
- Kozlov SA Su alcune proprietà ottiche dei CD. / “Fisica a scuola” n. 1, 2006
- CD / “Fisica a scuola” n. 1, 2006
- Myakishev G.Ya., Bukhovtsev B.B. Fisica: proc. per 11 celle. media scuola - M.: Istruzione, 2000
- Fabrikant V.A. Il paradosso di Vavilov / "Quantum" n. 2, 1971
- Fisica: proc. per 11 celle. media scuola / NM Shakhmaev, SN Shakhmaev, DS Shodiev. - M.: Istruzione, 1991.
- Dizionario enciclopedico fisico / "Enciclopedia sovietica", 1983.
- Lezioni frontali di laboratorio di fisica nelle classi 7 - 11 delle istituzioni educative: Libro. per l'insegnante / V.A. Burov, Yu.I. Dik, B.S. Zworykin e altri; ed. VA Burova, GG Nikiforova. - M.: Istruzione: Proc. lett., 1996
