Lab № 13 „amestec de observație și difracția luminii“
Laborator № 13
Subiect: „Observarea de interferență și difracție a luminii“
Obiectiv: Pentru a studia experimental fenomenul de interferență și difracție.
Echipamente: lămpi electrice cu filament liniar (una pentru fiecare clasă), cele două plăci de sticlă, tubul de sticlă, o sticlă cu o soluție de săpun, sârmă inel cu mânerul de 30 mm. CD-șubler, tesatura de nailon.
Interferența - un fenomen caracteristic de valuri de orice natură: mecanice, electromagnetice.
valuri de interferență - pe lângă spațiul a două (sau mai multe) valuri, care, în punctele sale diferite obținute prin amplificarea sau atenuarea undei rezultante.
În mod normal, interferența are loc la impunerea undelor emise de aceeași sursă de lumină a venit la un moment dat în moduri diferite. Din două surse independente, este imposibil să se obțină un model de interferență, ca molecule sau atomi raduiati de trenuri separate de valuri, independent unul față de celălalt. Fragmentele atomii emit unde luminoase (trenuri), în care fluctuațiile de fază aleatoare. Trenurile au o lungime de aproximativ 1 metru. Wave trenuri de atomi diferiți suprapuse una peste alta. Amplitudinea oscilației rezultată variază în mod aleatoriu cu un timp atât de repede încât ochiul nu are timp să se simtă aceste modele de schimbare. Prin urmare, o persoană vede spațiu iluminat uniform. Pentru a forma un model de interferență stabil necesare surse coerente (coerente) ale undelor.
valuri Kogerentnyminazyvayutsya având aceeași frecvență și o diferență de fază constantă.
Amplitudinea schimbare care rezultă în punctul C, depinde de diferența dintre valuri de călătorie distanță d2 - d1.
(Diferența de cale Wave egală cu un număr par de jumătăți de valuri)
Valurile din surse A și B ajuns la punctul C în aceleași faze și „se susțin reciproc.“
Δφ = 0 - diferența de fază
A = 2Hmax - amplitudinea undei rezultante.
(Diferența de cale Wave egală cu un număr impar de lungimi de undă și jumătate)
Valurile din surse A și B ajuns la punctul C în fazele opuse, și „se anulează reciproc.“
Δφ = π - diferența de fază
A = 0 - amplitudinea undei rezultante.
Modelul de interferență - o alternanță regulată a zonelor de intensitate înaltă și joasă lumină.
Interferența luminii - redistribuirea spațială a energiei radiației luminoase, la aplicarea a două sau mai multe valuri de lumină.
Datorită luminii de difracție se abate de la propagarea rectilinie (de exemplu, obstacole lângă marginile).
abatere fenomen val de la o răspândire linie dreaptă în timp ce trece prin găurile mici și învăluind val de obstacole mici - difractie.
Condiția pentru manifestarea de difracție. d <λ. где d – размер препятствия, λ - длина волны. Размеры препятствий (отверстий) должны быть меньше или соизмеримы с длиной волны.
Existența acestui fenomen (difracția) limitează întinderea legilor opticii geometrice și este cauza limitei puterii de rezoluție a instrumentelor optice.
Rețelei de difracție - dispozitivul optic, care este o matrice a unui număr mare de elemente aranjate în mod regulat pe care este difractate lumină. Dungile specific și constantă pentru un profil de grilaj dat repetate la același interval d (perioada răzuirea). Capacitatea de a răspândi incidentul răzuirea Puchek Sveta la lungimea de undă ei este proprietatea sa principală. Distinge grilaj reflectorizant și transparent difracție. La dispozitivele moderne utilizate în principal rețele de difracție reflectorizante.
Monitorizarea starii vârfurilor de difracție:
d · sinφ = k · λ, unde k = 0; ± 1; ± 2; ± 3; d - perioada răzuirea, φ - unghiul la care maksimui observate și λ - lungime de undă.
Din condițiile maxime trebuie sinφ = (k · λ) / d.
Prin urmare, culoarea violet într-un spectru de difracție este mai aproape de centru.
În fenomenele de interferență și difracție a luminii observată legea conservării energiei. În energia luminoasă de interferență este redistribuit numai fără a recurge la alte forme de energie. creșterea energiei la anumite puncte ale model de interferență în raport cu energia luminoasă totală este compensată de o scădere în alte puncte ale sale (energia totală a luminii - aceasta este energia luminoasă a două fascicule de lumină din surse independente). dungi de lumină corespund maximelor de energie, de culoare închisă - valori scăzute.
Experimentul 1. Coborâți inelul de sârmă în soluția de săpun. Pe firul este obținut de film săpun inel.
Puneți-l pe verticală. Se observă dungi orizontale întunecate și strălucitoare, care variază în lățime cu modificări ale grosimii peliculei
Explicație. Apariția benzi luminoase și întunecate se explică prin interferența undelor luminii reflectate de suprafața filmului. delta d = 2h. Diferența calea undelor de lumină egală cu dublul grosimii filmului. Cu un aranjament vertical al filmului are o formă de pană. Diferența calea undelor de lumină în partea superioară a acesteia va fi mai mică decât în partea de jos. În acele părți ale filmului, în cazul în care diferența de cale este egală cu un număr par de dungi pe jumătate observate de lumină. Iar pentru un număr impar de jumătate - întuneric dungi. Dispunerea orizontală a benzilor este explicată aranjament orizontal de linii egal cu grosimea filmului.
Săpun de film este iluminat cu lumină albă (de la o lampă). Observăm colorarea benzi luminoase în culori spectrale: în partea de sus - albastru, jos - roșu.
Explicație. O astfel de colorare se datorează dependența dungile poziției de lumină pe lungimea de undă de culoare a undelor incidente.
Observăm de asemenea că banda, extinderea și menținerea formei lor, deplasarea în jos.
Explicație. Acest lucru se explică prin scăderea grosimii filmului, deoarece soluția de săpun curge în jos sub efectul gravitației.
Experimentul 2 cu ajutorul unui tub de sticlă cu bule sufla și examina îndeaproape. Atunci când sunt iluminate cu lumină albă a fost observată formarea de inele de interferență colorate, vopsite în culori spectrale. Marginea superioară a fiecărui inel de lumină albastră, mai mic - roșu. Prin scăderea grosimii filmului a inelului, de asemenea, extinde mutat încet în jos. Forma lor inelară explica liniile de formă inelară de grosime egală.
Răspundeți la întrebările:
- De ce bule de săpun sunt colorate curcubeu?
- Ce forma sunt trupa irizată?
- De ce culoare de bule se schimbă tot timpul?
Experiența 3. Ștergeți cele două plăci de sticlă, ori împreună și strângeți degetele. Datorită formei non-ideale a suprafețelor de contact dintre plăcile sunt formate mai subtiri goluri de aer.
În lumina de reflexie de pe suprafețele plăcilor ce formează diferența cu bandă iridescent luminoase - formă neregulată sau inelare. La schimbarea forței de comprimare poziția plăcii de schimbare și forma benzilor. Schița vazut poze cu tine.
Explicație: Suprafața plăcilor nu poate fi complet netedă, astfel încât acestea sunt în contact doar în câteva locuri. În jurul acestor locuri au format cele mai subțiri pene de aer de diferite forme, care să permită modelul de interferență. În lumina transmisă, condiția maxim 2h = kl
Răspundeți la întrebările:
- De ce în punctele de contact dintre plăcile sunt observate curcubeu strălucitor inel sau în formă de dungi neregulate?
- De ce schimba forma si localizarea franjelor de interferență cu schimbarea presiunii?
Experiența 4. Luați în considerare cu atenție suprafața din unghiuri diferite pe CD-ROM (pentru stocare video).
Explicație. Spectrele de difracție Luminozitate depind de frecvența aplicată șanțurile de antrenare și unghiul de incidență al razelor. Razele aproape paralele incidente de filamentului sunt reflectate de protuberanțe adiacente dintre caneluri de la punctele A și B. fasciculele reflectată la un unghi egal cu unghiul de incidență pentru a forma imaginea filamentului lămpii ca o linie albă. Raze reflectate la alte unghiuri au unele diferențe cale, care apare ca urmare a adăugării valurilor.
La ce te uiți? Explică fenomenele observate. Descrie modelul de interferență.
Suprafața CD este o pistă spirală cu un pas comparabil cu lungimea de undă a luminii vizibile. La suprafață fin structurată manifestă fenomene de difracție și interferență. CD-uri Glare au o culoare roz.
Experiența 5. Mutați cursorul fălcile etrierelor pentru a forma un decalaj între 0,5 mm lățime.
Presele bureții porțiilor tesite împotriva ochiului (fantă de poziționare pe verticală). Prin acest decalaj se uite la arderea lămpii cu filament poziționat vertical. Observăm pe ambele părți ale firului paralel cu dungi curcubeu ei. Modificați lățimea spațiului liber în intervalul de la 0,05 - 0,8 mm. În tranziția la o mai înguste fante de bandă în afară. devin mai largi și formează un spectru distins. Când este privit prin cele mai largi benzile de fantă sunt foarte înguste și sunt situate aproape una de alta. Schițează într-un caiet ceea ce a văzut imaginea. Explică fenomenele observate.
Experiența 6. Priviți prin tesatura de nailon pe lampa fire de ardere. Rotiți materialul în jurul unei axe, pentru a realiza un model de difracție clar sub forma a două încrucișate la un model de difracție în unghi drept.
Explicație. In centrul crusta este vizibil alb maxim de difracție. Atunci când diferența k = 0 calea undelor este zero, astfel încât maximul centrală devine alb. Crucea obținută deoarece firele țesăturii sunt pliate de-a lungul două rețele de difracție cu fante perpendiculare reciproc. Aspectul culorilor spectrale datorită faptului că lumina albă este formată din diferite lungimi de undă. vârf de difracție a undelor de lumina pentru o varietate de spire în diferite locuri.
Schițați crucea de difracție observată. Explică fenomenele observate.
Înregistrare ieșire. Indicați care dintre voi ați făcut experimente observat fenomenul de interferență, și în care difracție.
- Ce este lumina?
- Despre care sa dovedit că lumina - este unda electromagnetica?
- Ceea ce se numește interferența luminii? Care sunt condițiile de maxime și minime în interferență?
- Poate interfera undele luminoase care provin din două becuri electrice? De ce?
- Ceea ce se numește difracției luminii?
- Are poziția principalelor vârfuri de difracție ale numărului de goluri cu zăbrele?