Лабораторная работа Наблюдение явления интерференции и дифракции света

Лабораторная работа № 11. Наблюдение явления интерференции и дифракции света.

Цель работы: экспериментально изучить явление интерференции и дифракции света, выявить условия возникновения этих явлений и характер распределения световой энергии в пространстве..

Оборудование: электрическая лампа с прямой нитью накала (одна на класс), две стеклянные пластинки, ПВХ трубка, стакан с раствором мыла, кольцо проволочное с ручкой диаметром 30 мм., лезвие, полоска бумаги ¼ листа, капроновая ткань 5х5см, дифракционная решетка, светофильтры.

Краткая теория

Интерференция и дифракция - это явления характерное для волн любой природы: механических, электромагнитных. Интерференция волн - сложение в пространстве двух (или нескольких) волн, при котором в разных его точках получается усиление или ослабление результирующей волны. Интерференция наблюдается при наложении волн, испущенных одним и тем же источником света, пришедших в данную точку разными путями. Для образования устойчивой интерференционной картины необходимы когерентные волны - волны, имеющие одинаковую частоту и постоянную разность фаз. Когерентные волны можно получить на тонких пленках оксидов,жира, ,на воздушном клине-зазоре между двумя прозрачными стеклами ,прижатых друг к другу.

Амплитуда результирующего смещения в точке С зависит от разности хода волн на расстоянии d2 - d1.

Условие максимума-(усиления колебаний):разность хода волн равна четному числу полуволн

где k=0; ± 1; ± 2; ± 3;…

Волны от источников А и Б придут в точку С в одинаковых фазах и "усилят друг друга.

Если же разность хода равна нечётному числу полуволн, то волны ослабят друг друга и в точке их встречи будет наблюдаться минимум.

При интерференция света происходит пространственное перераспределение энергии световых волн..

Дифракция - явление отклонения волны от прямолинейного распространения при прохождении через малые отверстия и огибании волной малых препятствий.

Дифракция объясняется принципом Гюйгенса -Френеля: каждая точка препятствия,до которого дошла аолна,становится источником вторичныхволн,когерентных,которые распространяются за края препятствия и интерферируют друг с другомЮобразуя устойчивую интерференционную картину-чередование максимумов и минимумов освещенности,радужно окрашенных в белом свете. Условие проявления дифракции: Размеры препятствий (отверстий) должны быть меньше или соизмеримы с длиной волны.Дифракция наблюдается на тонких нитях,царапинах на стекле,на щели-вертикальном прорезе в листе бумаги,на ресницахна капельках воды на запотевшем стекле,на кристалликах льда в облаке или на стекле,на щетинках хитинового покрова насекомых,на перьях птиц,на CD-дисках,обёрточной бумаги.,на дифракционной решетке.,

Дифракционная решетка - оптический прибор, представляющий собой периодическую структуру из большого числа регулярно расположенных элементов, на которых происходит дифракция света. Штрихи с определенным и постоянным для данной дифракционной решетки профилем повторяются через одинаковый промежуток d (период решетки). Способность дифракционной решетки раскладывать падающий на нее пучек света по длинам волн является ее основным свойством. Различают отражательные и прозрачные дифракционные решетки. В современных приборах применяют в основном отражательные дифракционные решетки.

Ход работы:

Задание 1. А) Наблюдение интерференции на тонкой пленке:

Опыт 1. Опустите проволочное кольцо в мыльный раствор. На проволочном кольце получается мыльная плёнка.

Расположите её вертикально. Наблюдаем светлые и тёмные горизонтальные полосы, изменяющиеся по ширине и по цвету по мере изменения толщины пленки. Рассмотрите картину сквозь светофильтр.

Запишите,сколько наблюдается полос и как чередуются цвета в них?

Опыт 2. С помощью ПВХ- трубки выдуйте мыльный пузырь и внимательно рассмотрите его. При освещении его белым светом наблюдайте образование интерференционных пятен, окрашенных в спектральные цвета.Рассмотрите картину сквозь светофильтр.

Какие цвета доступны наблюдению в пузыре и как они чередуются сверху вниз?

Б) Наблюдение интерференции на воздушном клине:

Опыт 3. Тщательно протрите две стеклянные пластинки, сложите вместе и сожмите пальцами. Из-за не идеальности формы соприкасающихся поверхностей между пластинками образуются тончайшие воздушные пустоты-это воздушные клинья,на них возникает интерференция . При изменении силы, сжимающей пластинки,изменяется толщина воздушного клина ,что приводит к изменению расположения и формы интерференционных максимумов и минимумов .Затем рассмотрите картину сквозь светофильтр.

Зарисуйте увиденные вами в белом свете и увиденное сквозь светофильтр.

Сделайте вывод:Почему возникает интерференция,как объяснить цвет максимумов в интерференционной картине,что влияет на яркость и цвет картины.

Задание 2.Наблюдение дифракции света.

Опыт 4. Лезвием прорезаем щель в листе бумаги, прикладываем бумагу к глазам и смотрим сквозь щель на источник света-лампу. Наблюдаем максимумы и минимумы освещенности.Затем рассмотрите картину через светофильтр.

Зарисуйте увиденную в белом свете и в монохроматическом свете дифракционную картину .

Деформируя бумагу уменьшаем ширину щели, наблюдаем дифракцию.

Как изменилась дифракционная картина?

Опыт 5.Рассмотреть сквозь дифракционную решетку источник света-лампу.

Как изменилась дифракционная картина?

Опыт 6. Посмотрите сквозь капроновую ткань на нить светящей лампы. Поворачивая ткань вокруг оси, добейтесь четкой дифракционной картины в виде двух скрещенных под прямым углом дифракционных полос.

Зарисуйте наблюдаемый дифракционный крест. Объясните это явление.

Сделайте вывод: почему возникает дифракция,как объяснить цвет максимумов в дифракционной картине,что влияет на яркость и цвет картины.

Контрольные вопросы:

1. Что общего между явлением интерфк\еренции и явлением дифракции?

2. Какие волны могут давать устойчивую интерференционную картину?

3. Почему на ученическом столе не наблюдается интерференционная картина от ламп ,подвешенных к потолку в классе?

6. Как объяснить цветные круги вокруг Луны ?