Сложение сил направленных по прямой. Урок-путешествие «Сложение двух сил, направленных по одной прямой. Равнодействующая сила. Сложение двух сил, направленных по одной прямой. Равнодействующая сил

Лабораторная работа № 1 3

Тема: Наблюдение явлений интерференции и дифракции света

Цель: в ходе эксперимента доказать существование явлений дифракции и интер-

ференции, а так же суметь объяснить причины образования интерферен-

ционной и дифракционной картин

Если свет представляет собой поток волн, то должно наблюдаться явление интерференции, т. е. сложение двух или более волн. Однако получить интерференционную картину (чередование максимумов и минимумов освещённости) с помощью двух независимых источников света невозможно.

Для получения устойчивой интерференционной картины нужны согласованные (когерентные) волны. Они должны иметь одинаковую частоту и постоянную разность фаз (или разность хода) в любой точке пространства.

Устойчивая интерференционная картина наблюдается на тонких плёнках керосина или нефти на поверхности воды, на поверхности мыльного пузыря.

Простую интерференционную картину получил Ньютон, наблюдая поведение света в тонкой прослойке воздуха между стеклянной пластиной и наложенной на неё плоско – выпуклой линзой.

Дифракция – огибание волнами краёв препятствий – присуща любому волно -вому явлению. Волны отклоняются от прямолинейного распространения на заметные углы только на препятствиях, размеры которых сравнимы с длиной волны, а длина световой волны очень мала (4 10 -7 м – 8 10 -7 м) .

В данной лабораторной работе мы сможем пронаблюдать интерференцию и

дифракцию, а так же объяснить эти явления на основе теории.

Оборудование: - стеклянные пластины – 2 шт.;

Лоскутки капроновые или батистовые;

Лампа с прямой нитью накала, свеча;

Штангенциркуль

Порядок проведения работы:

Примечание : отчет о выполнении каждого опыта необходимо оформить по

следующей схеме: 1) рисунок;

2) объяснение опыта.

I . Наблюдение явления интерференции света.

1. Стеклянные пластины тщательно протереть, сложить вместе и сжать пальцами.

2. Рассмотреть пластины в отражённом свете, на тёмном фоне (располагать их

надо так, чтобы на поверхности стекла не образовались слишком яркие блики

от окон или белых стен).

3. В отдельных местах соприкосновения пластин наблюдаются яркие радужные

кольцеобразные или неправильной формы полосы.

4. Зарисовать наблюдаемую интерференционную картину.

II . Наблюдение явления дифракции.

а) 1. Установить между губками штангенциркуля щель шириной 0,05 мм.

2. Приставить щель вплотную к глазу, расположив её вертикально.

3. Смотря сквозь щель на вертикально расположенную святящуюся нить

лампы, свечу, наблюдать, по обе стороны нити радужные полосы

(дифракционные спектры).

4. Увеличивая ширину щели, заметить, как это изменение влияет на дифрак-

ционную картину.

5. Зарисовать и объяснить дифракционные спектры, полученные от щели

штангенциркуля для лампы и для свечи.

б) 1. Наблюдать дифракционные спектры с помощью лоскутков капрона или

2. Зарисовать и объяснить дифракционную картину, полученную на лоскутке

III . После проведения опытов сделать общий вывод по итогам наблюдений.

Контрольные вопросы:

1. Почему в обычной комнате, где много источников света не наблюдается

интерференция? Какому условию должны удовлетворять эти источники?

Сформулируйте это условие.

2. Какое явление наблюдается на поверхности мыльных пузырей?

Кто и как объяснил это явление?

3. В чем заключается опыт Юнга? Каковы его итоги?

4. Какие препятствия световая волна способна огибать?

5. Какое явление наряду с интерференцией и дифракцией имело место в наблюда-

емых вами опытах? В чем это проявилось?

  • Выборочное наблюдение: понятие, виды, ошибки выборки, оценка результатов. Примеры решения задач
  • Г) полнота охвата больных детей диспансерным наблюдением
  • Динамическое наблюдение и контроль, профилактика возврата к курению
  • Дифракция света. Дифракция Фраунгофера на дифракционной решетке.

    • 1. Цель работы: изучить характерные особенности интерференции и дифракции света.

    2. Литература:

    2.1. Касьянов В.А. Физика. 11 класс: учебник для общеобразовательных учебных заведений. – М., 2003. Параграфы 44, 45, 47.

    2.2. Конспект лекций по предмету «Физика».

    3. Подготовка к работе:

    3.1. Ответить на вопросы самопроверки для получения допуска к работе:

    3.1.1. Какое явление называют интерференцией?

    3.1.2. Какие волны называют когерентными? Назвать способы получения когерентных источников волн.

    3.1.3. Какое явление называют дифракцией?

    3.1.4. Сформулируйте принцип Гюйгенса – Френеля?

    3.2. Подготовить бланк отчета в соответствии с пунктом 6.

    4. Перечень необходимого оборудования:

    4.2. Электронное издание «Лабораторные работы по физике 10-11 класс»: Дрофа, 2005. Лабораторная работа № 12.

    5. Порядок выполнения работы:


    Включить ПЭВМ. Установить лабораторную работу № 12. Рассмотреть оборудование для проведения эксперимента (рис. 1).

    5.2. Зажгите спиртовку (2).Внесите в пламя комочек ваты (3), смоченной раствором хлорида натрия.

    5.3. Опустите проволочное кольцо в раствор мыла для получения мыльной пленки.

    5.4. Зарисуйте интерференционную картину, полученную на пленке при освещении желтым светом спиртовки (рис. 2). Объясните порядок чередования цветов на интерференционной картине при освещении пленки белым светом.

    5.5. Выдуйте с помощью стеклянной трубки небольшой мыльный пу­зырь на поверхности мыльного раствора. Объясните причину переме­щения интерференционных колец вниз.

    5.6. Опишите интерференционную картину, наблюдаемую от двух сжатых стеклянных пластинок. Как изменяется наблюдаемая картина при увеличении силы, сжимающей пластинки вместе?

    5.7. Опишите интерференционную картину при освещении CD-диска. Зарисуйте две дифракционные картины, наблюдаемые при рас­смотрении нити горящей лампы через щель штангенциркуля (при ширине щели 0,05 и 0,8 мм). Опишите изменение характера интерференционной карти­ны при плавном повороте штангенциркуля вокруг вертикальной оси при ширине щели 0,8 мм. Рамку с нитью расположите на фоне горящей лампы параллель­но нити накала (рис. 3). Перемещая рамку относительно глаза, до­бейтесь того, чтобы в середине, в области геометрической тени нити, наблюдалась светлая полоса. Зарисуйте дифракционную картину, на­блюдаемую за тонкой нитью.



    5.8. Посмотрите сквозь черную капроновую ткань на нить горящей лам­пы. Поворачивая ткань вокруг оси, добейтесь четкой дифракционной картины в виде двух скрещенных под прямым углом дифракционных полос. Зарисуйте наблюдаемый дифракционный крест, опишите его.

    6.1. Номер и наименование работы.

    6.2. Цель работы.

    6.3. Рисунок интерференционной картины (рис. 2) и его объяснение.

    6.4. Объяснение интерференционной картины на поверхности мыльного пузыря.

    6.5. Рисунок интерференционной картины, наблюдаемой от двух сжатых стеклянных пластинок. Объяснение её изменения при сжатии пластинок.

    6.6. Описание интерференционной картины при освещении CD-диска.

    6.7. Рисунок двух дифракционных картин на щели 0,05 и 0,8 мм. Опишите её изменение при плавном повороте щели вокруг вертикальной оси.

    6.8. Рисунок дифракционной картины на тонкой нити.

    6.9. Рисунок дифракционной картины на капроновой нити. Дифракционный крест.



    Лабораторная работа № 13.

    Задание 1. Наблюдение интерференции света на воздушной пленке.

    1. Стеклянные пластины тщательно протереть, сложить вместе и сжать пальцами.

    2. Рассматривать пластины в отраженном свете на темном фоне (располагать их надо так, чтобы на поверхности стекла не образовались слишком яркие блики от окон или от белых стен).

    3. В отдельных местах соприкосновения пластин наблюдать яркие радужные кольцеобразные или неправильной формы полосы.

    4. Заметить изменения формы и расположения полученных интерференционных полос с изменением нажима.

    5. Попытаться увидеть интерференционную картину в проходящем свете.

    6. Зарисуйте увиденные вами картинки.

    Ответьте на вопросы:

    a) Почему в отдельных местах соприкосновения пластин наблюдаются яркие радужные кольцеобразные или неправильной формы полосы?

    b) Почему с изменением нажима изменяются форма и расположение полученных интерференционных полос?

    Задание 2. Наблюдение интерференции света на мыльной пленке.

    1. Сделать мыльный раствор.

    2. На проволочном кольце получить мыльную пленку и расположить его вертикально.

    3. В затемненном классе наблюдать на пленке появление светлых и темных полос.

    4. Осветить мыльную пленку светом от лампы или фонаря.

    5. Наблюдать окрашенность светлых полос в спектральные цвета.

    6. Посчитайте число полос одного цвета, которые одновременно наблюдаются на пленке.

    7. Определите, изменяются ли ориентация и форма полос при повороте рамки в вертикальной плоскости.

    8. Зарисуйте увиденные вами картины.

    Ответьте на вопросы:

    a) Чем объясняется наличие светлых и темных полос в начале эксперимента?

    b) Почему, при освещении пленки светом появились спектральные цвета?

    c) Почему полосы расширяясь и сохраняя свою форму, стекают вниз?

    Задание 3. Наблюдение интерференции света на мыльном пузыре.

    1. Выдуйте мыльный пузырь.

    2. При освещении его белым светом пронаблюдайте образование цветных интерференционных колец.

    Ответьте на вопросы:



    a) Почему мыльные пузыри имеют радужную окраску?

    b) Почему окраска пузыря все время меняется?

    c) Какую форму имеют радужные полосы?

    Задание 4. Цвета побежалости.

    1. Возьмите с помощью пинцета лезвие безопасной бритвы и нагрейте его над пламенем горелки.

    2. Зарисуйте наблюдаемую картину.

    Ответьте на вопросы:

    a) Какое явление вы наблюдали?

    b) Как его можно объяснить?

    c) Какие цвета и в каком порядке появлялись на лезвии при его нагревании?

    Изучение дифракции света.

    Задание 1. Наблюдение дифракции света на узкой щели.

    1. Установить между губками штангенциркуля щель шириной 0,5 мм.

    2. Приставить щель вплотную к глазу, расположив ее вертикально.

    3. Смотря сквозь щель на вертикально расположенную светящуюся нить лампы, наблюдать по обе стороны нити радужные полосы (дифракционные спектры).

    4. Изменяя ширину щели от 0,5 до 0,8 мм, заметить, как это изменение влияет на дифракционные спектры.

    5. Зарисуйте в тетрадь увиденную картину.

    Задание 2. Наблюдение дифракции на капроновой ткани.

    1. Посмотрите сквозь капроновую ткань на нить горящей лампы.

    2. Поворачивая ткань вокруг оси, до­бейтесь четкой дифракционной картины в виде двух скре­щенных под прямым углом дифракционных полос.

    3. Зари­суйте наблюдаемый дифракционный крест.

    Ответьте на вопросы:

    a) Почему получился данный дифракционный крест?

    b) Чем объясняется появление спектральных цветов?

    Задание 3. Наблюдение дифракции света на лазерном диске.

    1. Положите горизонтально на уровне глаз ком­пакт-диск.

    2. Зарисуйте данную картину.

    Ответьте на вопросы:

    a) Что наблюдается на диске?

    b) Какие явления вы наблюдали?

    ПРИЛОЖЕНИЕ

    Дифракция света – это отклонение световых лучей от прямолинейного распространения при прохождении сквозь узкие щели, малые отверстия или при огибании малых препятствий.
    Явление дифракции света доказывает, что свет обладает волновыми свойствами. Для наблюдения дифракции можно:

    Пропустить свет от источника через очень малое отверстие или расположить экран на большом расстоянии от отверстия. Тогда на экране наблюдается сложная картина из светлых и темных концентрических колец.

    Или направить свет на тонкую проволоку, тогда на экране будут наблюдаться светлые и темные полосы, а в случае белого света – радужная полоса.

    Дифракционная решетка - это оптический прибор для измерения длины световой волны.

    Дифракционная решетка представляет собой совокупность большого числа очень узких щелей, разделенных непрозрачными промежутками.

    Если на решетку падает монохроматическая волна, то щели (вторичные источники) создают когерентные волны. За решеткой ставится собирающая линза, далее – экран. В результате интерференции света от различных щелей решетки на экране наблюдается система максимумов и минимумов.

    Разность хода между волнами от краев соседних щелей равна длине отрезка АС. Если на этом отрезке укладывается целое число длин волн, то волны от всех щелей будут усиливать друг друга. При использовании белого света все максимумы (кроме центрального) имеют радужную окраску.

    d = a + b - период дифракционной решетки

    a - ширина щели; b - длина

    d = 1/N - постоянная дифракционной решетки.

    N - Число штрихов.

    φ - угол отклонения световых волн вследствие дифракции

    φ = kλ - формула дифракционной решетки.

    k - Порядок максимума (0, ±1, ±2, ...)

    λ = - длина волны

    Интерференция света - пространственное перераспределение светового потока при наложении двух (или нескольких) когерентных световых волн, в результате чего в одних местах возникают максимумы интенсивности, а в других - минимумы (интерференционная картина).

    Условие максимума: Условие минимума:

    Применение интерференции света:

    1. Измерение длин с очень большой точностью; это по­зволило дать легко воспроизводимое и достаточно точное опре­деление едини­цы длины - метра, в зависимости от длины волны оранжевой линии криптона. Интерференционные компараторы позволяют сравнивать размеры до 1 метра с точностью до 0,05 мкм; меньшие размеры могут быть измерены с еще большей точностью. Такая высокая точность обусловлена тем, что изме­нение разности хода на десятую долю длины волны заметно смещает интерференционные полосы.

    2. На явлении интерференции основано действие боль­шого количества оптических приборов под общим названием интерферометры , которые используются для различных изме­рений. В оптикомеханической промышленности интерферо­метры используются для контроля качества оптических систем и контроля поверхности отдельных оптических деталей. В метал­лообрабатывающей промышленности – для контроля чистоты обработки металлических поверхностей. Изучение и контроль полировки зеркальных поверхностей проводится с точностью до сотых долей длины волны.

    3. С использованием явления интерференции проводится определение ряда важнейших величин, характеризующих ве­щества: коэффициента расширения твердых тел (дилатометры), пока­зателя преломления газообразных, жидких и твердых тел (рефракто­метры) и т.п. Интерференционные дилатометры по­зволяют зафиксировать удлинение образца на 0,02 мкм.

    4. Широко распространены интерференционные спектро­скопы, применяемые для исследования спектрального состава излучения различных веществ.

    5. Посредством интерференции поляризованных лучей проводиться определение величин внутренних напряжений в различных деталях (метод фотоупругости).

    Первый эксперимент по наблюдению интерференции света в лабораторных условиях принадлежит И. Ньютону. Он наблюдал интерференционную картину, возникающую при отражении света в тонкой воздушной прослойке между плоской стеклянной пластиной и плосковыпуклой линзой большого радиуса кривизны. Интерференционная картина имела вид концентрических колец, получивших название колец Ньютона.

    Цвета побежалости.

    Цвета побежалости - радужная окраска, появляющаяся на чистой поверхности нагретой стали в результате образования на ней тончайшей оксидной плёнки. Толщина плёнки зависит от температуры нагрева стали: плёнки разной толщины по-разному отражают световые лучи, чем и обусловлены те или иные цвета побежалости (см. табл.). На легированных (в состав которых введены другие металлы для придания определённых свойств) сталях те же цвета побежалости появляются при более высоких температурах.

    Тема: Оптика

    Урок: Практическая работа по теме «Наблюдение интерференции и дифракции света»

    Название: «Наблюдение интерференции и дифракции света».

    Цель: экспериментально изучить интерференцию и дифракцию света.

    Оборудование: лампа с прямой нитью накала, 2 стеклянные пластины, проволочная рамка, мыльный раствор, штангенциркуль, плотная бумага, кусок батиста, капроновая нить, зажим.

    Опыт 1

    Наблюдение картины интерференции с помощью стеклянных пластин.

    Берем две стеклянные пластины, перед этим тщательно их протираем, затем плотно складываем и сжимаем. Ту интерференционную картину, которую увидим в пластинах, нужно зарисовать.

    Чтобы увидеть изменение картины от степени сжатия стекол, необходимо взять устройство зажима и с помощью винтов сжать пластины. В результате этого картина интерференции изменяется.

    Опыт 2

    Интрференция на тонких пленках.

    Чтобы пронаблюдать данный опыт, возьмем мыльную воду и проволочную рамку, затем посмотрим, как образуется тонкая пленка. Если рамку опустить в мыльную воду, то после поднятия в ней видна образовавшаяся мыльная пленка. Наблюдая в отраженном свете за этой пленкой, можно увидеть полосы интерференции.

    Опыт 3

    Интерференция на мыльных пузырях.

    Для наблюдения воспользуемся мыльным раствором. Выдуваем мыльные пузыри. То, как пузыри переливаются, это и есть интерференция света (см. Рис. 1).

    Рис. 1. Интерференция света в пузырях

    Картина, которую мы наблюдаем, может выглядеть следующим образом (см. Рис. 2).

    Рис. 2. Интерференционная картина

    Это интерференция в белом свете, когда мы положили линзу на стекло и осветили ее простым белым светом.

    Если воспользоваться светофильтрами и освещать монохроматическим светом, то картина интерференции меняется (меняется чередование темных и светлых полос) (см. Рис. 3).

    Рис. 3. Использование светофильтров

    Теперь перейдем к наблюдению дифракции.

    Дифракция - это волновое явление, присущее всем волнам, которое наблюдается на краевых частях каких-либо предметов.

    Опыт 4

    Дифракция света на малой узкой щели.

    Создадим щель между губками штангенциркуля, с помощью винтов передвигая его части. Для того чтобы пронаблюдать дифракцию света, зажмем между губками штангенциркуля лист бумаги, таким образом, чтобы потом этот лист бумаги можно было вытащить. После этого перпендикулярно подносим эту узкую щель вплотную к глазу. Наблюдая через щель яркий источник света (лампу накаливания), можно увидеть дифракцию света (см. Рис. 4).

    Рис. 4. Дифракция света на тонкой щели

    Опыт 5

    Дифракция на плотной бумаге

    Если взять плотный лист бумаги и сделать бритвой надрез, то, поднеся этот разрез бумаги вплотную к глазу и меняя расположение соседних двух листочков, можно наблюдать дифракцию света.

    Опыт 6

    Дифракция на малом отверстии

    Чтобы пронаблюдать такую дифракцию, нам потребуется плотный лист бумаги и булавка. С помощью булавки делаем в листе маленькое отверстие. Затем подносим отверстие вплотную к глазу и наблюдаем яркий источник света. В этом случае видна дифракция света (см. Рис. 5).

    Изменение дифракционной картины зависит от величины отверстия.

    Рис. 5. Дифракция света на малом отверстии

    Опыт 7

    Дифракция света на кусочке плотной прозрачной ткани (капрон, батист).

    Возьмем батистовую ленту и, расположив ее на небольшом расстоянии от глаз, посмотрим сквозь ленту на яркий источник света. Мы увидим дифракцию, т.е. разноцветные полосы и яркий крест, который будет состоять из линий дифракционного спектра.

    На рисунке представлены фотографии дифракции, которую мы наблюдаем (см. Рис. 6).

    Рис. 6. Дифракция света

    Отчет: в нем должны быть представлены рисунки интерференции и дифракции, которые наблюдались в ходе работы.

    Изменение линий характеризует, как происходит та или иная процедура преломления и сложения (вычитания) волн.

    На основании дифракционной картины, полученной от щели, создан специальный прибор - дифракционная решетка . Она представляет собой набор щелей, через которые проходит свет. Этот прибор нужен для того, чтобы проводить детальные исследования света. Например, с помощью дифракционной решетки можно определить длину световой волны.

    1. Физика ().
    2. Первое сентября. Учебно-методическая газета ().
    Тема: Исследование зависимости периода колебаний нитяного (пружинного) маятника от длины нити и массы груза

    Цель работы: Исследовать зависимость периода колебаний нитяного маятника от длины нити и пружинного маятника – от массы груза.

    Оборудование: штатив, линейка, груз на нити, набор грузов, секундомер, пружина.

    Пояснения к работе

    Нитяной маятник состоит из груза массой m, подвешенном на невесомой нерастяжимой нити длиной l . Зависимость периода колебаний нитяного маятника от длины нити выражается

    формулой: .

    Пружинный маятник состоит из груза массой m, подвешенном пружине жесткостью k. Зависимость периода колебаний пружинного маятника от массы груза выражается формулой: .
    Задания



    2. Соберите нитяной маятник.

    3. Зарисуйте схему опыта.

    4. Измерьте время 15-20 колебаний (число колебаний во всех опытах должно быть одинаковым).

    5. Меняя длину нити (только увеличивая или только уменьшая), измеряйте время колебаний еще 4 раза.


    7. Заполните таблицу 1 результатов измерений и вычислений:
    Таблица 1

    № опыта
    Длина нити, l, м
    Промежуток времени, t, с
    Период колебаний,
    Период колебаний,

    1

    2

    3

    4

    5

    7. Проверьте вычисления, используя формулу: .

    1. Постройте график зависимости периода колебаний нитяного маятника от длины нити.

    2. Соберите пружинный маятник.

    3. Зарисуйте схему опыта.

    4. Определите жесткость пружины:
    а) закрепите динамометр в штативе;

    б) определите силу F, а также измерьте соответствующее удлинение пружины х ;

    в) вычислите коэффициент жесткости пружины по формуле: .


    1. Измерьте время 10-15 колебаний (число колебаний во всех опытах должно быть одинаковым).

    2. Меняя массу груза (только увеличивая или только уменьшая), измеряйте время колебаний еще 4 раза.

    3. Определите период колебаний маятника в каждом опыте, используя формулу: Т=t/N.

    4. Заполните таблицу 2 результатов измерений и вычислений:
    Таблица 2

    № опыта
    Масса груза, m, кг
    Промежуток времени, t, с
    Период колебаний,
    Период колебаний,

    1

    2

    3

    4

    5

    Контрольные вопросы


    1. Какие колебания называют свободными?

    2. Как период колебаний связан с частотой?

    3. Изменится ли период колебаний какого-либо тела, если его из воздуха поместить в воду?

    4. Каков физический смысл фазы колебаний?

    Литература




    Работа рассчитана на 2 часа

    Лабораторная работа № 11

    Тема: Исследование явлений интерференции и дифракции света

    Цель работы: изучить характерные особенности интерференции и дифракции света.

    Оборудование: спички, спиртовка, комочек ваты на проволоке в пробирке, смоченной раствором хлорида натрия, проволочное кольцо с ручкой, стакан с раствором мыла, трубка стеклянная, пластинки стеклянные -2 шт., CD-диск, штангенциркуль, лампа с прямой нитью накаливания, капроновая ткань черного цвета.

    Пояснения к работе

    Наблюдение интерференции света

    Для наблюдения интерференции при монохроматическом излучении в пламя спиртовки вносят комочек ваты, смоченной раствором хлорида натрия. При этом пламя окрашивается в желтый цвет. Опуская проволочное кольцо в раствор мыла, получают мыльную пленку, располагают ее вертикально и рассматривают на темном фоне при освещении желтым светом спиртовки. Наблюдают образование темных и желтых горизонтальных полос и изменение их ширины по мере уменьшения толщины пленки.

    В тех местах пленки, где разность хода когерентных лучей равна четному числу полуволн, наблюдаются световые полосы, а при нечетном числе полуволн - темные полосы.

    При освещении пленки белым светом (от окна или лампы) возникает окрашивание светлых полос: вверху синий цвет, внизу - красный. С помощью стеклянной трубки на поверхности мыльного раствора выдувают небольшой мыльный пузырь. При освещении его белым светом наблюдают образование цветных интерференционных колец. По мере уменьшения толщины пленки кольца, расширяясь, перемещают вниз.

    Интерференция наблюдается и при рассмотрении контактной поверхности двух сжатых друг с другом стеклянных пластинок.

    Из-за неидеальности формы соприкасающихся поверхностей между пластинками образуются тончайшие воздушные пустоты, дающие яркие радужные кольцеобразные или замкнутые неправильной формы полосы.

    При изменении силы, сжимающей пластинки, расположение и форма полос изменяются как в отраженном, так и в проходящем свете.

    Особенно наглядно явление интерференции отраженных световых лучей наблюдается при рассмотрении поверхности CD-диска.

    Наблюдение дифракции света

    Дифракция света проявляется в нарушении прямолинейности распространения световых лучей, огибании волнами препятствий, в проникновении света в область геометрической тени.

    В качестве неоднородности среды в работе используют щель между губками штангенциркуля. Сквозь эту щель смотрят на вертикально расположенную нить горящей лампы. При этом по обе стороны от нити, параллельно ей, видны радужные полосы. При уменьшении ширины щели полосы раздвигаются, становятся шире и образуют ясно различимые спектры. Этот эффект наблюдается особенно хорошо при плавном повороте штангенциркуля вокруг вертикальной оси.

    Другую дифракционную картину наблюдают на тонкой нити. Рамку с нитью располагают па фоне горящей лампы параллельно нити накала. Удаляя и приближая рамку к глазу, получают дифракционную картину, когда светлые и темные полосы располагаются по сторонам нити, а в середине, в области ее геометрической тени, наблюдается светлая полоса.

    На капроновой ткани можно наблюдать дифракционную картину. В капроновой ткани имеется два выделенных взаимно перпендикулярных направления. Поворачивая ткань вокруг оси, смотрят сквозь ткань на нить горящей лампы, добиваясь четкой дифракционной картины в виде двух скрещенных под прямым углом дифракционных полос (дифракционный крест). В центре креста виден дифракционный максимум белого цвета, а в каждой полосе - по несколько цветов.

    Задания


    1. Самостоятельно изучите методическое указание по выполнению лабораторной работы.

    2. Выполните опыты по наблюдению интерференции света.
    Опыт 1 : зажгите спиртовку, внесите в пламя комочек ваты смоченной раствором хлорида натрия, при этом пламя окрасится в желтый цвет. Опустите проволочное кольцо в раствор мыла для получения мыльной пленки. Зарисуйте в отчете интерференционную картину, полученную в пленке при освещении желтым светом спиртовки.

    Опыт 2 : рассмотрите мыльную пленку при освещении ее белым светом (от окна или лампы).

    Объясните порядок чередования цветов на интерференционной картине при освещении пленки белым светом.

    Опыт 3 : выдуйте с помощью стеклянной трубки небольшой мыльный пузырь на поверхности мыльного раствора. Объясните причину перемещения интерференционных колец вниз.

    Опыт 4 : сожмите друг с другом две стеклянные пластинки. Опишите наблюдаемую интерференционную картину. Определите изменение интерференционной картины при увеличении силы, сжимающей пластины.

    Опыт 5 : возьмите CD-диск и направьте на него световые лучи от лампочки. Опишите интерференционную картину при освещении CD-диска.


    1. Выполните опыты по наблюдению дифракции света.
    Опыт 1: возьмите штангенциркуль и установите щель между его губками. Посмотрите сквозь эту щель на вертикально расположенную нить горящей лампы. Зарисуйте две дифракционные картины, наблюдаемые при рассмотрении нити горящей лампы через щель штангенциркуля (при ширине щели 0,05 и 0,08 мм). Опишите изменение характера дифракционной картины при плавном повороте штангенциркуля вокруг вертикальной оси (а=0,8мм).

    Опыт 2: возьмите капроновую ткань и посмотрите сквозь нее на нить горящей лампы. Поворачивая ткань вокруг оси, добейтесь четкой дифракционной картины в виде двух скрещенных под прямым углом дифракционных полос. Зарисуйте наблюдаемый дифракционный крест, опишите его.


    1. Подготовьте отчет, он должен содержать: наименование темы и цели работы, рисунки интерференционной и дифракционной картин, их описание и объяснения, выводы по работе.

    Контрольные вопросы


    1. Дайте определения интерференции и дифракции света.

    2. При каком условии наблюдается интерференционная картина?

    3. Назовите условие когерентности световых волн.

    4. Что доказывает явление интерференции света.

    5. Приведите примеры дифракции света.

    Литература


    1. Дмитриева В. Ф. Физика для профессий и специальностей технического профиля: учебник для образовательных учреждений нач. и сред. проф. образования. - М.: Издательский центр «Академия», 2014;

    2. Самойленко П.И. Физика для профессий и специальностей социально-экономического профиля: учебник для образовательных учреждений начального и среднего проф. образования. - М.: Издательский центр «Академия», 2013;

    3. Касьянов В.Д.Тетрадь для лабораторных работ. 10 класс.- М.: Дрофа, 2014.

    Работа рассчитана на 2 часа

    Лабораторная работа № 12

    Тема: Измерение длины световой волны с помощью дифракционной решетки

    Цель работы: измерить длину световой волны с помощью дифракционной решетки.

    Оборудование: источник света, дифракционная решетка, прибор для измерения длины световой волны.

    Пояснения к работе

    Дифракционную решетку используют для разложения света в спектр и измерения длины световой волны. Простейшая дифракционная решетка представляет собой стеклянную пластинку, на которой с помощью точной делительной машины нанесены параллельно друг другу царапины и установлены узкие неповрежденные полоски. Процарапанные места непрозрачны для света, и световые волны, подходя к решетке, огибают это царапины. Принято называть периодом решетки d сумму размеров прозрачной и непрозрачной полос. Например, если на дифракционной решетке имеется 100 штрихов на 1 мм, то период решетки d=0,01 мм.

    Пусть на решетку по нормали падает параллельный монохроматический (все волны имеют одну длину волны) пучок света. Свет, проходя через узкие щели, испытывает дифракцию, и лучи под разными углами отклоняются от первоначального направления. Каждую щель дифракционной решетки можно считать самостоятельным источником когерентных излучений. Поэтому в каждой точке экрана будет происходить сложение многочисленных лучей, приходящих от каждой щели дифракционной решетки, и возникает их интерференция. Так как исходная световая волна падает на решетку нормально, то начальные фазы всех лучей одинаковы. Расстояние от решетки до экрана значительно больше ее размеров, поэтому лучи из различных щелей, инфрагирующие под одним и тем же углом Θ, будут попадать в одну и ту же точку на экране. Ее координата b определяется выражением:

    sin Θ ≈ tg Θ = b/a ,

    где принято, что углы дифракции малы, поэтому можно заменить значение синуса тангенсом. Разность хода этих лучей связана с углом дифракции соотношением:

    Если разность хода лучей равна целому числу m=1,2,3,…длин волн, то: ∆ = m λ, и при сложении они взаимно усиливают друг друга, и наблюдается максимум, который называется главным дифракционным максимумом порядка m.

    Углы дифракции, соответствующие главным максимумам, определяются из формулы:

    ∆=d sin Θ m = mλ.

    Правая часть этого уравнения называется уравнением дифракционной решетки. Как видно из него, положение дифракционного максимума зависит от длины волны и порядка максимума m: чем больше длина волны света и номер порядка, тем больше угол дифракции. Поэтому при освещении решетки белым светом лучи с различной длиной волны дифрагируют под различными углами, и в результате дифракционный максимум преобразуется в спектр. На экране при этом образуется набор спектров, которые могут частично перекрывать друг друга (каждому значению порядка дифракции m соответствует один спектр). Предельное число спектров, которое можно получить при помощи решетки, определяет отношение: m max =d/λ.

    При m=0 изображение создается пучком, параллельным падающему пучку света (Θ=0), и суммируются действия всех лучей независимо от длин волн, поэтому в центре наблюдается световая полоса белого цвета.
    Задания


    1. Самостоятельно изучите методическое указание по выполнению лабораторной работы.

    2. Поместите дифракционную решетку в рамку прибора.

    3. Смотря сквозь дифракционную решетку, направьте прибор на источник света так, чтобы последний был виден сквозь узкую прицельную щель экрана. При этом по обе стороны от щели на черном фоне появятся дифракционные спектры нескольких порядков. В случае наклонного положения спектров поверните решетку на некоторый угол до устранения перекоса. Определите положение красной и фиолетовой границы спектра для 1-го и 2-го порядков. Измерьте расстояние от щитка до решетки и рассчитайте длину волны для фиолетового и красного света по формуле:

    Расстояние а – от решетки до экрана, расстояние b – от прорези до линии спектра определяемой волны, m – порядок спектра, d – постоянная решетки.


    1. Повторите измерения длин фиолетового и красного света при меньшем расстоянии а от дифракционной решетки.

    2. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу:

    № опыта
    Постоянная решетки,

    d, мм
    Порядок спектра, m
    Расстояние от решетки до шкалы, а , мм
    Величина отклонения, b, мм
    Длина световой волны, λ, мм

    фиолет.
    красн.
    фиолет
    красн.

    1

    2

    1. Подготовьте отчет, он должен содержать: наименование темы и цели работы, перечень необходимого оборудования, расчетные соотношения, таблицу с результатами измерений и вычислений, вывод по работе.

    2. Устно ответьте на контрольные вопросы.

    Контрольные вопросы


    1. Какие волны (красного или фиолетового света) сильнее дифрагируют и почему?

    2. Дайте определение дифракции света.

    3. Как зависит угол дифракции от периода решетки?

    4. Для чего служит дифракционная решетка?

    5. Как определить длину световой волны?

    Литература


    1. Дмитриева В. Ф. Физика для профессий и специальностей технического профиля: учебник для образовательных учреждений нач. и сред. проф. образования. - М.: Издательский центр «Академия», 2014;

    2. Самойленко П.И. Физика для профессий и специальностей социально-экономического профиля: учебник для образовательных учреждений начального и среднего проф. образования. - М.: Издательский центр «Академия», 2013;

    3. Касьянов В.Д.Тетрадь для лабораторных работ. 10 класс.- М.: Дрофа, 2014.

    Работа рассчитана на 2 часа

    Рекомендуем почитать