Лабораторна робота "Спостереження інтерференції та дифракції світлових хвиль"

Тема уроку: ЛАБОРАТОРНА РОБОТА

https://youtu.be/P7HbG-iDi8s?si=0p4VtP_8L1oEvwd2

Тема: Спостереження оптичних явищ

Мета роботи: експериментально вивчити явище інтерференції і дифракції.

Обладнання: електрична лампа, дві скляні пластинки, скляна трубка, стакан з розчином мила, кільце дротове з ручкою діаметром 30 мм компакт-диск.

Теоретичні відомості:

 Інтерференція - явище характерне для хвиль будь-якої природи: механічних, електромагнітних.

 Зазвичай інтерференція спостерігається при накладенні хвиль, випущених одним і тим же джерелом світла, що прийшли в цю точку різними шляхами. Для утворення стійкої інтерференційної картини необхідні когерентні (узгоджені) джерела хвиль.

 Когерентними називаються хвилі, що мають однакову частоту і постійну різницю фаз.

 Інтерференційна картина - регулярне чергування областей підвищеної та низької інтенсивності світла.

 Інтерференція світла - просторовий перерозподіл енергії світлового випромінювання при накладенні двох або декількох світлових хвиль.

 Дифракція - явище відхилення хвилі від прямолінійного поширення при проходженні через малі отвори і обгинанні хвилею малих перешкод.

 Дифракційна решітка - оптичний прилад, що являє собою періодичну структуру з великого числа регулярно розташованих елементів, на яких відбувається дифракція світла. Штрихи з певним і постійним для даної дифракційної решітки профілем повторюються через однаковий проміжок d (період решітки). Здатність дифракційної решітки розкладати спадний на неї пучок світла по довжинах хвиль є її основною властивістю. Розрізняють відбивні і прозорі дифракційні решітки.             

У явищах інтерференції і дифракції світла дотримується закон збереження енергії. Світлі смужки відповідають максимумам енергії, темні - мінімумам.

Виконання роботи:

 Дослід 1. Опустіть дротове кільце в мильний розчин. На дротовому кільці виходить мильна плівка. Замалюйте її.

 Спостерігаємо забарвленість світлих смуг в спектральні кольори: вгорі - синій, внизу - червоний.

 Пояснення. Таке фарбування пояснюється залежністю положення світлих смуг про довжини хвиль спадного кольору.

 Спостерігаємо також, що смуги, розширюючись і зберігаючи свою форму, переміщаються вниз.

 Пояснення. Це пояснюється зменшенням товщини плівки, через те, що мильний розчин стікає вниз під дією сили тяжіння.

 Дослід 2. За допомогою скляної трубки видуйте мильну бульбашку і уважно розгляньте її. Замалюйте її.

При висвітленні білим світлом спостерігайте освітлення кольорових інтерференційних кілець, забарвлених в спектральні кольори. Верхній край кожного світлого кільця має синій колір, нижній - червоний. У міру зменшення товщини плівки кільця, також розширюючись, повільно переміщаються вниз. Їх кільцеподібну форму пояснюють кільцеподібною формою ліній рівної товщини.

 Дайте письмово відповідь на питання:

1.     Чому мильні бульбашки мають райдужне забарвлення?
2.     Яку форму мають райдужні смуги?
3.     Чому забарвлення міхура весь час змінюється?

 Дослід 3. Ретельно протріть дві скляні пластинки, складіть разом і стисніть пальцями. Через неідеальної форми дотичних поверхонь між пластинками утворюються найтонші повітряні порожнечі. Замалюйте цю картину.

 При відображенні світла від поверхонь пластин, що утворюють прозір, виникають яскраві райдужні смуги - кільцеподібні або неправильної форми. При зміні сили, що стискає пластинки, змінюються розташування і форма смуг. Замалюйте побачені вами картинки.

 Пояснення: Поверхні пластинок не можуть бути абсолютно рівними, тому стикаються вони тільки в декількох місцях. Навколо цих місць утворюються найтонші повітряні клини різної форми, що дають картину інтерференції.

Дайте письмово відповідь на питання:

1.     Чому в місцях зіткнення пластин спостерігаються яскраві райдужні кільцеподібні або неправильної форми смуги?
2.     Чому зі зміною натиску змінюються форма і розташування інтерференційних смуг?

 Дослід 4. Розгляньте уважно під різними кутами поверхню компакт-диска (на яку проводиться запис). Замалюйте його.

 Пояснення. Яскравість дифракційних спектрів залежить від частоти нанесених на диск борозенок і від величини кута падіння променів. Промені, відбиті під кутом рівним куту падіння, утворюють зображення нитки лампи у вигляді білої лінії. Промені, відбиті під іншими кутами мають деяку різницю ходу, внаслідок чого відбувається складання хвиль.

 Поверхня компакт-диска являє собою спіральну доріжку з кроком порівнянним з довжиною хвилі видимого світла. На дрібнозерновій поверхні виявляються дифракційні і інтерференційні явища. Відблиски компакт-дисків мають райдужне забарвлення.

 Дайте письмово відповідь на питання:

1.     Що таке світло?
2.     Ким було доведено, що світло - це електромагнітна хвиля?
3.     Що називають інтерференцією світла?
4.     Що називають дифракцією світла?

Запишіть висновок. Вкажіть, в яких з пророблених вами дослідів спостерігалося явище інтерференції, а в яких дифракції.