Το φωτογραφικό υλικό μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε μαθήματα φυσικής στις τάξεις 9 και 11, ενότητα «Οπτική Κυμάτων».
Παρεμβολή σε λεπτές μεμβράνες
Τα ιριδίζοντα χρώματα παράγονται από την παρεμβολή των κυμάτων φωτός. Όταν το φως διέρχεται από ένα λεπτό φιλμ, ένα μέρος του ανακλάται από την εξωτερική επιφάνεια, ενώ ένα άλλο μέρος διαπερνά το φιλμ και ανακλάται από την εσωτερική επιφάνεια.
Παρατηρούνται παρεμβολές σε όλα τα λεπτά φιλμ που εκπέμπουν φως σε οποιεσδήποτε επιφάνειες. στην περίπτωση της λεπίδας μαχαιριού, σχηματίζεται μια λεπτή μεμβράνη (αμαυρώσει) κατά τη διαδικασία οξείδωσης του περιβάλλοντος στην επιφάνεια του μετάλλου. 
Περίθλαση φωτός
Η επιφάνεια ενός συμπαγούς δίσκου είναι μια ανάγλυφη σπειροειδής τροχιά στην επιφάνεια του πολυμερούς, το βήμα του οποίου είναι ανάλογο με το μήκος κύματος του ορατού φωτός. Σε μια τέτοια διατεταγμένη και λεπτώς δομημένη επιφάνεια, εμφανίστηκαν φαινόμενα περίθλασης και παρεμβολής, γεγονός που είναι ο λόγος για το ιριδίζον χρώμα των σημείων του CD που παρατηρείται στο λευκό φως. 
Ας δούμε έναν λαμπτήρα πυρακτώσεως μέσα από οπές μικρής διαμέτρου. Εμφανίζεται ένα εμπόδιο στη διαδρομή του φωτεινού κύματος και όσο μικρότερη είναι η διάμετρος, τόσο ισχυρότερη είναι η περίθλαση (Οσο μικρότερη είναι η τρύπα στο χαρτόνι, τόσο λιγότερες ακτίνες περνούν από την τρύπα). η εικόνα του νήματος του λαμπτήρα πυρακτώσεως είναι πιο καθαρή και η αποσύνθεση του φωτός είναι πιο έντονη.
Ας δούμε έναν λαμπτήρα πυρακτώσεως και τον Ήλιο μέσα από το νάιλον. Το νάιλον λειτουργεί ως πλέγμα περίθλασης. Όσο περισσότερα στρώματα υπάρχουν, τόσο πιο έντονη συμβαίνει η περίθλαση.
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Νο 4
ΜΕΛΕΤΗΣ ΤΟΥ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟΥ ΤΗΣ ΠΙΘΛΑΣΗΣ ΦΩΤΟΣ.
Μαθησιακός στόχος του μαθήματος:Το φαινόμενο της περίθλασης φωτός σε ένα πλέγμα περίθλασης χρησιμοποιείται σε φασματικά όργανα και επιτρέπει σε κάποιον να προσδιορίσει τα μήκη κύματος στο ορατό εύρος του φάσματος. Επιπλέον, η γνώση των νόμων της περίθλασης επιτρέπει σε κάποιον να προσδιορίσει την ικανότητα ανάλυσης των οπτικών οργάνων. Η περίθλαση ακτίνων Χ καθιστά δυνατό τον προσδιορισμό της δομής των σωμάτων με κανονική διάταξη ατόμων και τον προσδιορισμό ελαττωμάτων που προκαλούνται από παραβίαση της κανονικότητας της δομής των σωμάτων χωρίς καταστροφή.
Υλικό βάσης:Για να ολοκληρώσετε και να περάσετε με επιτυχία την εργασία, πρέπει να γνωρίζετε τους νόμους της οπτικής κυμάτων.
Προετοιμασία για το μάθημα:
Μάθημα Φυσικής: 2η έκδ., 2004, κεφ. 22, σελ., 431-453.
, «Μάθημα Γενικής Φυσικής», 1974, §19-24, σσ.113-147.
μάθημα φυσικής. 8η έκδ., 2005, §54-58, σσ.470-484.
Οπτική και ατομική φυσική, 2000,: κεφάλαιο 3, σελ. 74-121.
Έλεγχος εισερχομένων:Η προετοιμασία για εργαστηριακές εργασίες ελέγχεται χρησιμοποιώντας ένα προετοιμασμένο έντυπο εργαστηριακής εργασίας, σύμφωνα με τις γενικές απαιτήσεις και τις απαντήσεις στις ερωτήσεις:
1. Γιατί ένα πλέγμα περίθλασης χωρίζει το φως από μια λάμπα πυρακτώσεως σε φάσμα;
2. Σε ποια απόσταση από το πλέγμα περίθλασης είναι καλύτερο να παρατηρήσουμε την περίθλαση;
3.Πώς θα μοιάζει το φάσμα αν ο λαμπτήρας πυρακτώσεως καλύπτεται με πράσινο γυαλί;
4.Γιατί πρέπει να γίνονται μετρήσεις τουλάχιστον τρεις φορές;
5.Πώς προσδιορίζεται η σειρά του φάσματος;
6.Ποιο χρώμα του φάσματος βρίσκεται πιο κοντά στη σχισμή και γιατί;
Συσκευές και αξεσουάρ: Σχάρα περίθλασης,
Θεωρητική εισαγωγή και υπόβαθρο:
Κάθε κύμα που διαδίδεται σε ισότροπο (ομογενές) μέσο, οι ιδιότητες του οποίου δεν αλλάζουν από σημείο σε σημείο, διατηρεί την κατεύθυνση διάδοσής του. Σε ένα ανισότροπο (ανομοιογενές) μέσο, όπου καθώς τα κύματα διέρχονται από αυτά παρουσιάζουν άνισες αλλαγές στο πλάτος και τη φάση στην επιφάνεια του μετώπου κύματος, αλλάζει η αρχική κατεύθυνση διάδοσης. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται περίθλαση. Η περίθλαση είναι εγγενής σε κύματα οποιασδήποτε φύσης,και πρακτικά εκδηλώνεται στην απόκλιση της κατεύθυνσης διάδοσης του φωτός από την ευθύγραμμη.
Η περίθλαση συμβαίνει με οποιαδήποτε τοπική αλλαγή στο μέτωπο κύματος, το πλάτος ή τη φάση. Τέτοιες αλλαγές μπορεί να προκληθούν από την παρουσία αδιαφανών ή μερικώς διαφανών φραγμών στη διαδρομή του κύματος (οθόνες) ή τμημάτων του μέσου με διαφορετικό δείκτη διάθλασης (πλάκες φάσης).
Συνοψίζοντας όσα ειπώθηκαν, μπορούμε να διατυπώσουμε τα εξής:
Το φαινόμενο της απόκλισης των κυμάτων φωτός από την ευθύγραμμη διάδοση όταν περνούν μέσα από τρύπες και κοντά στις ακμές των οθονών ονομάζεται περίθλαση.
Αυτή η ιδιότητα είναι εγγενής σε όλα τα κύματα, ανεξάρτητα από τη φύση. Στην ουσία, η περίθλαση δεν διαφέρει από την παρεμβολή. Όταν οι πηγές είναι λίγες, το αποτέλεσμα της κοινής δράσης τους ονομάζεται παρεμβολή και αν υπάρχουν πολλές πηγές, τότε μιλούν για περίθλαση. Ανάλογα με την απόσταση από την οποία παρατηρείται το κύμα πίσω από το αντικείμενο στο οποίο συμβαίνει η περίθλαση, διακρίνεται η περίθλαση Fraunhoferή Fresnel:
· εάν το σχήμα περίθλασης παρατηρείται σε πεπερασμένη απόσταση από το αντικείμενο που προκαλεί περίθλαση και πρέπει να ληφθεί υπόψη η καμπυλότητα του μετώπου κύματος, τότε μιλάμε για Περίθλαση Fresnel. Με την περίθλαση Fresnel, μια εικόνα περίθλασης ενός εμποδίου παρατηρείται στην οθόνη.
· εάν τα μέτωπα των κυμάτων είναι επίπεδα (παράλληλες ακτίνες) και το μοτίβο περίθλασης παρατηρείται σε απείρως μεγάλη απόσταση (για αυτό χρησιμοποιούνται φακοί), τότε μιλάμε για Περίθλαση Fraunhofer.
Σε αυτή την εργασία, το φαινόμενο της περίθλασης χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό του μήκους κύματος του φωτός.
ΕΝΑΌταν το μέτωπο του κύματος φτάσει στη σχισμή και πάρει τη θέση AB (Εικ. 1), τότε σύμφωνα με την αρχή του Σχήμα 2 του Huygens όλα τα σημεία αυτού του μετώπου κύματος θα είναι συνεκτικές πηγές σφαιρικών δευτερευόντων κυμάτων που διαδίδονται προς την κατεύθυνση κίνησης του μετώπου κύματος.
Ας εξετάσουμε τα κύματα που διαδίδονται από σημεία του επιπέδου ΑΒ σε κατεύθυνση που κάνει μια συγκεκριμένη γωνία με την αρχική (Εικ. 2). Εάν τοποθετηθεί ένας φακός στη διαδρομή αυτών των ακτίνων, παράλληλα με το επίπεδο ΑΒ, τότε οι ακτίνες, μετά τη διάθλαση, θα συγκλίνουν σε κάποιο σημείο M της οθόνης που βρίσκεται στο εστιακό επίπεδο του φακού και θα παρεμβαίνουν μεταξύ τους (σημείο Το O είναι η κύρια εστίαση του φακού). Ας χαμηλώσουμε μια κάθετη AC από το σημείο Α προς την κατεύθυνση της επιλεγμένης δέσμης ακτίνων. Στη συνέχεια, από το επίπεδο AC και πιο πέρα στο εστιακό επίπεδο του φακού, οι παράλληλες ακτίνες δεν αλλάζουν τη διαφορά διαδρομής τους.
Η διαφορά διαδρομής, η οποία καθορίζει τις συνθήκες παρεμβολής, εμφανίζεται μόνο στη διαδρομή από το αρχικό μέτωπο AB στο επίπεδο AC και είναι διαφορετική για διαφορετικές ακτίνες. Για να υπολογίσουμε την παρεμβολή αυτών των ακτίνων, χρησιμοποιούμε τη μέθοδο ζώνης Fresnel. Για να το κάνετε αυτό, διαιρέστε νοερά τη γραμμή BC σε έναν αριθμό τμημάτων μήκους l/2. Σε απόσταση π.Χ. = ένααμαρτία ιθα χωρέσει z = ένα×αμαρτία ι/(0,5l) τέτοιων τμημάτων. Σχεδιάζοντας γραμμές παράλληλες στο AC από τα άκρα αυτών των τμημάτων μέχρι να συναντήσουν το AB, διαιρούμε το μέτωπο του κύματος σχισμής σε έναν αριθμό λωρίδων του ίδιου πλάτους, αυτές οι λωρίδες θα είναι σε αυτήν την περίπτωση Ζώνες Fresnel.
Από την παραπάνω κατασκευή προκύπτει ότι τα κύματα που προέρχονται από κάθε δύο γειτονικές ζώνες Fresnel φτάνουν στο σημείο Μ σε αντίθετες φάσεις και αλληλοακυρώνονται. Ανμε αυτή την κατασκευή αριθμός ζωνώναποδεικνύεται ακόμη και, τότε κάθε ζεύγος γειτονικών ζωνών θα αλληλοεξουδετερώνεται και σε μια δεδομένη γωνία στην οθόνη θα ελάχιστοφωτισμός
https://pandia.ru/text/80/353/images/image005_9.gif" width="25" height="14 src=">.
Έτσι, εάν η διαφορά στη διαδρομή των ακτίνων που προέρχονται από τις άκρες της σχισμής είναι ίση με άρτιο αριθμό μισών κυμάτων, θα παρατηρήσουμε σκούρες ρίγες στην οθόνη. Στα μεσοδιαστήματα μεταξύ τους θα παρατηρείται μέγιστος φωτισμός. Θα αντιστοιχούν στις γωνίες για τις οποίες διασπάται το μέτωπο του κύματος Περιττόςαριθμός Ζώνες Fresnel https://pandia.ru/text/80/353/images/image007_9.gif" width="143" height="43 src="> , (2)
όπου k = 1, 2, 3, … ,https://pandia.ru/text/80/353/images/image008_7.gif" align="left" width="330" height="219">Τύποι (1 ) και (2) μπορούν να ληφθούν, και εάν χρησιμοποιήσουμε απευθείας τις συνθήκες παρεμβολής από το εργαστηριακό έργο Νο. 66. Πράγματι, εάν πάρουμε δύο δοκούς από παρακείμενες ζώνες Fresnel ( ακόμη καιαριθμός ζωνών), τότε η διαφορά διαδρομής μεταξύ τους είναι ίση με το μισό του μήκους κύματος, δηλαδή Περιττόςαριθμός μισών κυμάτων. Κατά συνέπεια, παρεμβαίνοντας, αυτές οι ακτίνες παρέχουν έναν ελάχιστο φωτισμό στην οθόνη, δηλαδή επιτυγχάνεται η συνθήκη (1). Κάνοντας το ίδιο για ακτίνες από τις ακραίες ζώνες Fresnel, με Περιττόςαριθμός ζωνών λαμβάνουμε τον τύπο (2).
https://pandia.ru/text/80/353/images/image010_7.gif" width="54" height="55 src=">.
· Εάν το κενό είναι πολύ στενό (<< l), то вся поверхность щели является лишь небольшой частью зоны Френеля, и колебания от всех точек ее будут по любому направлению распространяться почти в одинаковой фазе. В результате во всех точках экран будет очень слабо равномерно освещен. Можно сказать, что свет через щель практически не проходит.
· 
Εάν το κενό είναι πολύ μεγάλο ( ένα>> l), τότε το πρώτο ελάχιστο θα αντιστοιχεί ήδη σε μια πολύ μικρή απόκλιση από την ευθύγραμμη διάδοση υπό γωνία. Επομένως, στην οθόνη παίρνουμε μια γεωμετρική εικόνα της σχισμής, που περιβάλλεται στις άκρες από λεπτές εναλλασσόμενες σκοτεινές και ανοιχτόχρωμες λωρίδες.
Καθαρή περίθλαση υψηλέςΚαι ελάχισταθα παρατηρηθεί μόνο στην ενδιάμεση περίπτωση, όταν στο πλάτος της σχισμής έναθα χωρέσουν αρκετές ζώνες Fresnel.
Όταν φωτίζετε τη σχισμή με μη μονόχρωμο ( άσπρο) με το φως, τα μέγιστα περίθλασης για διαφορετικά χρώματα θα αποκλίνουν. Όσο μικρότερο l, τόσο μικρότερες είναι οι γωνίες στις οποίες παρατηρούνται τα μέγιστα περίθλασης. Ακτίνες όλων των χρωμάτων φτάνουν στο κέντρο της οθόνης με διαφορά διαδρομής ίση με μηδέν, άρα η εικόνα στο κέντρο θα είναι λευκή. Στα δεξιάΚαι αριστεράμοτίβα περίθλασης θα παρατηρηθούν από το κεντρικό μέγιστο φάσματα πρώτα, δεύτεροςΚαι και τα λοιπά.. Σειρά.
Σχάρα περίθλασης
Για να αυξήσουν την ένταση των μεγίστων περίθλασης, χρησιμοποιούν όχι μία σχισμή, αλλά ένα πλέγμα περίθλασης.
Ένα πλέγμα περίθλασης είναι μια σειρά από παράλληλες σχισμές ίσου πλάτους ένα, που χωρίζονται από αδιαφανή διαστήματα πλάτους σι. Αθροισμα ένα+ σι = ρεπου ονομάζεται περίοδοςή συνεχήςπλέγμα περίθλασης.
Οι σχάρες περίθλασης κατασκευάζονται σε γυαλί ή μέταλλο (στην τελευταία περίπτωση το πλέγμα ονομάζεται ανακλαστικό πλέγμα). Με το λεπτότερο άκρο διαμαντιού, χρησιμοποιώντας διαχωριστική μηχανή, εφαρμόζεται μια σειρά από λεπτές παράλληλες διαδρομές ίδιου πλάτους και που βρίσκονται σε ίσες αποστάσεις μεταξύ τους. Σε αυτή την περίπτωση, οι πινελιές που διασκορπίζουν το φως προς όλες τις κατευθύνσεις παίζουν το ρόλο των αδιαφανών χώρων και οι ανέγγιχτες περιοχές της πλάκας παίζουν το ρόλο των σχισμών. Ο αριθμός γραμμών ανά 1 mm σε ορισμένες σχάρες φτάνει τις 2000.
Ας εξετάσουμε την περίθλαση από N σχισμές. Όταν το φως διέρχεται από ένα σύστημα πανομοιότυπων σχισμών, το σχέδιο περίθλασης γίνεται σημαντικά πιο περίπλοκο. Σε αυτή την περίπτωση, οι ακτίνες που διαθλώνται από διαφορετικόςσχισμές, επικαλύπτονται μεταξύ τους στο εστιακό επίπεδο του φακού και επεμβαίνω μεταξύ τους. Εάν ο αριθμός των σχισμών είναι N, τότε N δοκοί παρεμβαίνουν μεταξύ τους. Ως αποτέλεσμα της περίθλασης, η συνθήκη σχηματισμού μέγιστα περίθλασηςθα πάρει τη μορφή
https://pandia.ru/text/80/353/images/image014_4.gif" width="31" height="14 src=">. (3)
Σε σύγκριση με την περίθλαση μιας σχισμής, η συνθήκη έχει αλλάξει προς το αντίθετο:
Η συνθήκη που ικανοποιεί το Maxima (3) ονομάζεται κύριος. Η θέση των ελάχιστων δεν αλλάζει, αφού εκείνες οι κατευθύνσεις στις οποίες καμία από τις σχισμές δεν στέλνει φως δεν το λαμβάνουν ούτε με N σχισμές.
Επιπλέον, υπάρχουν πιθανές κατευθύνσεις στις οποίες το φως που στέλνεται από διαφορετικές σχισμές σβήνει (αμοιβαία καταστρέφεται). Γενικά, η περίθλαση από Ν σχισμές παράγει:
1) κύριος υψηλές
https://pandia.ru/text/80/353/images/image017_4.gif" width="223" height="25">;
3) πρόσθετοςελάχιστα.
Εδώ, όπως πριν, ένα– πλάτος υποδοχής
d = a + b– περίοδος του πλέγματος περίθλασης.
Ανάμεσα στα δύο κύρια μέγιστα υπάρχουν N–1 επιπλέον ελάχιστα, που χωρίζονται από δευτερεύοντα μέγιστα (Εικ. 5), η ένταση των οποίων είναι σημαντικά μικρότερης έντασηςκύρια μέγιστα.
Παρέχεται 0 " style="margin-left:5.4pt;border-collapse:collapse">
Η ανάλυση l/Dl ενός πλέγματος περίθλασης χαρακτηρίζει την ικανότητα του πλέγματος να διαχωρίζει τα μέγιστα φωτισμού για δύο μήκη κύματος l1 και l2 κοντά το ένα στο άλλο σε ένα δεδομένο φάσμα. Εδώ Dl = l2 – l1. Εάν l/Dl > kN, τότε τα μέγιστα φωτισμού για l1 και l2 δεν επιλύονται στο φάσμα kth τάξης.
Εντολή εργασίας:
Άσκηση 1. Προσδιορισμός του μήκους κύματος του φωτός με χρήση πλέγματος περίθλασης.
1. Μετακινώντας την κλίμακα με τη σχισμή, ρυθμίστε το πλέγμα περίθλασης σε μια δεδομένη απόσταση «y» από τη σχισμή.
2. Βρείτε φάσματα 1ης, 2ης, 3ης τάξης και στις δύο πλευρές του μηδενικού μέγιστου.
3. Μετρήστε την απόσταση μεταξύ του μηδενικού μέγιστου και του πρώτου μέγιστου που βρίσκεται στη δεξιά πλευρά του μηδέν - x1, μεταξύ του μηδενικού μέγιστου και του πρώτου μέγιστου που βρίσκεται στην αριστερή πλευρά του Σχήματος 6 μηδέν - x2. Βρείτε και προσδιορίστε τη γωνία j που αντιστοιχεί σε αυτή τη μέγιστη ένταση. Οι μετρήσεις πρέπει να γίνονται για τα μέγιστα των χρωμάτων βιολετί, πράσινου και κόκκινου, σε φάσματα 1ης, 2ης και 3ης τάξης για τρεις τιμές του «y». Για παράδειγμα, για y 1 = 15, y 2 = 20 και y 3 = 30 cm.
4. 
Γνωρίζοντας τη σταθερά του πλέγματος ( ρε= 0,01 mm) και τη γωνία j στην οποία παρατηρείται η μέγιστη ένταση ενός δεδομένου χρώματος και σειράς, βρείτε το μήκος κύματος l χρησιμοποιώντας τον τύπο:
Εδώ κληφθεί modulo.
5. Υπολογίστε το απόλυτο σφάλμα για τα μήκη κύματος που βρέθηκαν που αντιστοιχούν στις μοβ, πράσινες και κόκκινες περιοχές του φάσματος.
6. Εισαγάγετε τα αποτελέσματα των μετρήσεων και των υπολογισμών στον πίνακα.
Χρωματιστά | y,Μ | κ | Χ 1 ,Μ | Χ 2 , Μ | Μ | μεγάλο, nm | , nm | ρε μεγάλο, nm |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
το κόκκινο | 1 | |||||||
2 | ||||||||
1 | ||||||||
2 | ||||||||
1 | ||||||||
2 |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
Πράσινος | 1 | |||||||
2 | ||||||||
1 | ||||||||
2 | ||||||||
1 | ||||||||
2 | ||||||||
Βιολέτα | 1 | |||||||
2 | ||||||||
1 | ||||||||
2 | ||||||||
1 | ||||||||
2 |
Ερωτήσεις και εργασίες τεστ.
1. Τι είναι το φαινόμενο της περίθλασης;
2. Σε τι διαφέρει η περίθλαση Fresnel από την περίθλαση Fraunhofer;
3. Διατυπώστε την αρχή Huygens-Fresnel.
4. Πώς μπορούμε να εξηγήσουμε την περίθλαση χρησιμοποιώντας την αρχή Huygens-Fresnel;
5. Τι είναι οι ζώνες Fresnel;
6. Ποιες προϋποθέσεις πρέπει να πληρούνται για να παρατηρηθεί περίθλαση;
7. Περιγράψτε την περίθλαση από μία μόνο σχισμή.
8. Περίθλαση με πλέγμα περίθλασης. Ποια είναι η θεμελιώδης διαφορά μεταξύ αυτής της περίπτωσης και της περίθλασης με μία μόνο σχισμή;
9. Πώς προσδιορίζεται ο μέγιστος αριθμός φασμάτων περίθλασης για ένα δεδομένο πλέγμα περίθλασης;
10. Γιατί εισάγονται χαρακτηριστικά όπως η γωνιακή διασπορά και η ανάλυση;
Εργαστηριακή εργασία Νο 1 3
Θέμα: Παρατήρηση των φαινομένων παρεμβολής και περίθλασης του φωτός
Στόχος: κατά τη διάρκεια του πειράματος, να αποδείξετε την ύπαρξη περίθλασης και δια-
παρεμβολή, και επίσης να είναι σε θέση να εξηγήσει τους λόγους για τη δημιουργία παρεμβολών
μοτίβα ιόντων και περίθλασης
Εάν το φως είναι ένα ρεύμα κυμάτων, τότε το φαινόμενο θα πρέπει να παρατηρηθεί παρέμβαση,δηλαδή η προσθήκη δύο ή περισσότερων κυμάτων. Ωστόσο, είναι αδύνατο να ληφθεί ένα μοτίβο παρεμβολής (εναλλασσόμενα μέγιστα και ελάχιστα φωτισμού) χρησιμοποιώντας δύο ανεξάρτητες πηγές φωτός.
Για να ληφθεί ένα σταθερό μοτίβο παρεμβολής, απαιτούνται συνεπή (συνεκτικά) κύματα. Πρέπει να έχουν την ίδια συχνότητα και μια σταθερή διαφορά φάσης (ή διαφορά διαδρομής) σε οποιοδήποτε σημείο του χώρου.
Ένα σταθερό σχέδιο παρεμβολής παρατηρείται σε λεπτές μεμβράνες κηροζίνης ή λαδιού στην επιφάνεια του νερού ή στην επιφάνεια μιας σαπουνόφουσκας.
Ο Νεύτωνας απέκτησε ένα απλό μοτίβο παρεμβολής παρατηρώντας τη συμπεριφορά του φωτός σε ένα λεπτό στρώμα αέρα μεταξύ μιας γυάλινης πλάκας και ενός επίπεδου κυρτού φακού που τοποθετείται σε αυτό.
Περίθλαση– Τα κύματα που κάμπτονται γύρω από τις άκρες των εμποδίων είναι εγγενή σε οποιοδήποτε κυματικό φαινόμενο. Τα κύματα αποκλίνουν από την ευθύγραμμη διάδοση υπό αισθητές γωνίες μόνο σε εμπόδια των οποίων οι διαστάσεις είναι συγκρίσιμες με το μήκος κύματος και το μήκος κύματος του φωτός είναι πολύ μικρό (4 10 -7 m - 8 10 -7 m).
Σε αυτό το εργαστήριο θα μπορέσουμε να παρατηρήσουμε παρεμβολές και
περίθλασης, καθώς και να εξηγήσουν αυτά τα φαινόμενα με βάση τη θεωρία.
Εξοπλισμός: -γυάλινες πλάκες - 2 τεμ.;
Κομμάτια από νάιλον ή καμπρικ.
Ευθύς λαμπτήρας πυράκτωσης, κερί.
Διαβήτης
Εντολή εργασίας:
Σημείωση : πρέπει να συντάσσεται έκθεση για την υλοποίηση κάθε πειράματος σύμφωνα με
το ακόλουθο διάγραμμα: 1) σχέδιο?
2) εξήγηση της εμπειρίας.
Εγώ . Παρατήρηση του φαινομένου της παρεμβολής φωτός.
1. Σκουπίστε καλά τις γυάλινες πλάκες, διπλώστε τις μεταξύ τους και πιέστε τις με τα δάχτυλά σας.
2. Εξετάστε τις πλάκες στο ανακλώμενο φως , σε σκούρο φόντο (τοποθετήστε τα
είναι απαραίτητο για να μην σχηματίζονται πολύ φωτεινές αντανακλάσεις στην επιφάνεια του γυαλιού
από παράθυρα ή λευκούς τοίχους).
3. Σε ορισμένα σημεία που εφάπτονται οι πλάκες, παρατηρούνται έντονα χρώματα ουράνιου τόξου
λωρίδες σε σχήμα δακτυλίου ή ακανόνιστου σχήματος.
4. Σχεδιάστε το μοτίβο παρεμβολής που παρατηρήθηκε.
II . Παρατήρηση του φαινομένου της περίθλασης.
α) 1. Τοποθετήστε ένα διάκενο πλάτους 0,05 mm μεταξύ των σιαγόνων της δαγκάνας.
2. Τοποθετήστε τη σχισμή κοντά στο μάτι, τοποθετώντας το κάθετα.
3. Κοιτάζοντας μέσα από τη σχισμή ένα κατακόρυφα τοποθετημένο φωτεινό νήμα
λάμπα, κερί, ρολόι, υπάρχουν ρίγες ουράνιου τόξου και στις δύο πλευρές του νήματος
(φάσματα περίθλασης).
4. Αυξάνοντας το πλάτος της σχισμής, παρατηρήστε πώς αυτή η αλλαγή επηρεάζει την περίθλαση
εικόνα.
5. Σχεδιάστε και εξηγήστε τα φάσματα περίθλασης που λαμβάνονται από τη σχισμή
δαγκάνες για τη λάμπα και για το κερί.
β) 1. Παρατηρήστε τα φάσματα περίθλασης χρησιμοποιώντας κομμάτια νάιλον ή
2. Σχεδιάστε και εξηγήστε το μοτίβο περίθλασης που προκύπτει στο έμπλαστρο
III . Μετά τη διεξαγωγή των πειραμάτων, βγάλτε ένα γενικό συμπέρασμα με βάση τα αποτελέσματα των παρατηρήσεων.
Ερωτήσεις ελέγχου:
1. Γιατί δεν παρατηρείται σε ένα συνηθισμένο δωμάτιο όπου υπάρχουν πολλές πηγές φωτός;
παρέμβαση; Ποια προϋπόθεση πρέπει να πληρούν αυτές οι πηγές;
Δηλώστε αυτήν την προϋπόθεση.
2. Τι φαινόμενο παρατηρείται στην επιφάνεια των σαπουνόφουσκες;
Ποιος εξήγησε αυτό το φαινόμενο και πώς;
3. Ποια είναι η εμπειρία του Jung; Ποια είναι τα αποτελέσματά του;
4. Ποια εμπόδια μπορεί να λυγίσει ένα ελαφρύ κύμα;
5. Ποιο φαινόμενο, μαζί με την παρεμβολή και την περίθλαση, έλαβε χώρα στην παρατήρηση;
εμπειρίες που είχατε; Πώς εκδηλώθηκε αυτό;
Εργαστηριακή εργασία για το θέμα : "Παρατήρηση παρεμβολής και περίθλασης φωτός"
Στόχος της εργασίας: μελετήσει πειραματικά το φαινόμενο της παρεμβολής και της περίθλασης.
Εξοπλισμός: ηλεκτρική λάμπα με ίσιο νήμα, δύο γυάλινες πλάκες, ένα γυάλινο σωλήνα, ένα ποτήρι με διάλυμα σαπουνιού, ένα συρμάτινο δακτύλιο με λαβή διαμέτρου 30 mm, ένα CD, νάιλον ύφασμα, ένα φίλτρο φωτός.
Θεωρία: Η παρεμβολή είναι ένα φαινόμενο χαρακτηριστικό των κυμάτων οποιασδήποτε φύσης: μηχανικά, ηλεκτρομαγνητικά.
Παρεμβολή κυμάτων – προσθήκη στο διάστημα δύο (ή πολλών) κυμάτων, στα οποία σε διαφορετικά σημεία το κύμα που προκύπτει ενισχύεται ή εξασθενεί .
Η παρεμβολή παρατηρείται συνήθως όταν τα κύματα που εκπέμπονται από την ίδια πηγή φωτός υπερτίθενται και φτάνουν σε ένα δεδομένο σημείο με διαφορετικούς τρόπους. Είναι αδύνατο να ληφθεί ένα μοτίβο παρεμβολής από δύο ανεξάρτητες πηγές, επειδή μόρια ή άτομα εκπέμπουν φως σε ξεχωριστές ομάδες κυμάτων, ανεξάρτητα το ένα από το άλλο. Τα άτομα εκπέμπουν θραύσματα ελαφρών κυμάτων (τρένο), στα οποία οι φάσεις ταλάντωσης είναι τυχαίες. Τα τρένα έχουν μήκος περίπου 1 μέτρο. Κυματικά τρένα διαφορετικών ατόμων επικαλύπτονται μεταξύ τους. Το πλάτος των ταλαντώσεων που προκύπτουν αλλάζει χαοτικά με την πάροδο του χρόνου τόσο γρήγορα που το μάτι δεν έχει χρόνο να αντιληφθεί αυτή την αλλαγή στα μοτίβα. Επομένως, ένα άτομο βλέπει τον χώρο ομοιόμορφα φωτισμένο. Για να σχηματιστεί ένα σταθερό μοτίβο παρεμβολής, απαιτούνται συνεκτικές (ταιριασμένες) πηγές κυμάτων.
Συναφής Τα κύματα που έχουν την ίδια συχνότητα και σταθερή διαφορά φάσης ονομάζονται.
Το πλάτος της μετατόπισης που προκύπτει στο σημείο C εξαρτάται από τη διαφορά στις διαδρομές των κυμάτων σε απόσταση d2 – d1.
Μέγιστη κατάσταση
, (Δd=d 2 -ρε 1 )
Οπου k=0; ± 1; ± 2; ± 3 ;…
(η διαφορά στη διαδρομή του κύματος είναι ίση με έναν ζυγό αριθμό μισών κυμάτων)
Τα κύματα από τις πηγές Α και Β θα φτάσουν στο σημείο Γ στις ίδιες φάσεις και θα «ενισχύουν το ένα το άλλο».
φ Α =φ Β - φάσεις ταλάντωσης
Δφ=0 - διαφορά φάσης
Α=2Χ Μέγιστη
Ελάχιστη κατάσταση
, (Δd=d
2
-ρε
1
)
Οπου k=0; ± 1; ± 2; ± 3;…
(η διαφορά στη διαδρομή του κύματος είναι ίση με έναν περιττό αριθμό μισών κυμάτων)
Τα κύματα από τις πηγές Α και Β θα φτάσουν στο σημείο Γ σε αντιφάση και «ακυρώνονται το ένα το άλλο».
φ A ≠φ B - φάσεις ταλάντωσης
Δφ=π - διαφορά φάσης
Α=0 – πλάτος του κύματος που προκύπτει.
Μοτίβο παρεμβολών – Τακτική εναλλαγή περιοχών αυξημένης και μειωμένης έντασης φωτός.
Παρεμβολή φωτός – χωρική ανακατανομή της ενέργειας της φωτεινής ακτινοβολίας όταν υπερτίθενται δύο ή περισσότερα κύματα φωτός.
Λόγω της περίθλασης, το φως αποκλίνει από τη γραμμική του διάδοση (για παράδειγμα, κοντά στις άκρες των εμποδίων).
Περίθλαση – το φαινόμενο της απόκλισης του κύματος από την ευθύγραμμη διάδοση όταν περνά μέσα από μικρές τρύπες και το κύμα κάμπτεται γύρω από μικρά εμπόδια .
Συνθήκη περίθλασης : ρε< λ , Οπου ρε – το μέγεθος του εμποδίου,λ - μήκος κύματος. Οι διαστάσεις των εμποδίων (οπών) πρέπει να είναι μικρότερες ή συγκρίσιμες με το μήκος κύματος.
Η ύπαρξη αυτού του φαινομένου (διάθλαση) περιορίζει το πεδίο εφαρμογής των νόμων της γεωμετρικής οπτικής και είναι ο λόγος για το όριο της διακριτικής ικανότητας των οπτικών οργάνων.
Σχάρα περίθλασης – μια οπτική συσκευή που είναι μια περιοδική δομή ενός μεγάλου αριθμού κανονικά διατεταγμένων στοιχείων στα οποία συμβαίνει διάθλαση φωτός. Οι διαδρομές με συγκεκριμένο και σταθερό προφίλ για ένα δεδομένο πλέγμα περίθλασης επαναλαμβάνονται στο ίδιο διάστημαρε (περίοδος πλέγματος). Η ικανότητα ενός πλέγματος περίθλασης να διαχωρίζει μια δέσμη φωτός που προσπίπτει σε αυτό σύμφωνα με τα μήκη κύματος είναι η κύρια ιδιότητά του. Υπάρχουν ανακλαστικές και διαφανείς σχάρες περίθλασης.Οι σύγχρονες συσκευές χρησιμοποιούν κυρίως ανακλαστικά πλέγματα περίθλασης. .
Συνθήκη για την παρατήρηση του μέγιστου περίθλασης :
d·sinφ=k·λ,Οπου k=0; ± 1; ± 2; ± 3; ρε - περίοδος πλέγματος , φ - τη γωνία στην οποία παρατηρείται το μέγιστο, και λ - μήκος κύματος.
Από τη μέγιστη συνθήκη προκύπτειsinφ=(k·λ)/d .
Έστω k=1, λοιπόν sinφ cr =λ cr /ρεΚαι sinφ φά =λ φά /ρε.
Είναι γνωστό ότι λ cr >λ φά , ως εκ τούτου sinφ cr >sinφ φά . Επειδή y=sinφ φά - η λειτουργία αυξάνεται, λοιπόνφ cr >φ φά
Επομένως, το ιώδες χρώμα στο φάσμα περίθλασης βρίσκεται πιο κοντά στο κέντρο.
Στα φαινόμενα παρεμβολής και περίθλασης του φωτός τηρείται ο νόμος διατήρησης της ενέργειας . Στην περιοχή παρεμβολής, η φωτεινή ενέργεια ανακατανέμεται μόνο χωρίς να μετατρέπεται σε άλλους τύπους ενέργειας. Η αύξηση της ενέργειας σε ορισμένα σημεία του σχεδίου παρεμβολής σε σχέση με τη συνολική φωτεινή ενέργεια αντισταθμίζεται από τη μείωση της σε άλλα σημεία (η συνολική φωτεινή ενέργεια είναι η φωτεινή ενέργεια δύο δεσμών φωτός από ανεξάρτητες πηγές). Οι ανοιχτόχρωμες λωρίδες αντιστοιχούν στα ενεργειακά μέγιστα, οι σκούρες λωρίδες αντιστοιχούν στα ενεργειακά ελάχιστα.
Πρόοδος:
Εμπειρία 1. Βουτήξτε το συρμάτινο δακτύλιο στο διάλυμα σαπουνιού. Στο συρμάτινο δακτύλιο σχηματίζεται μια μεμβράνη σαπουνιού.
Τοποθετήστε το κάθετα. Παρατηρούμε ανοιχτές και σκούρες οριζόντιες ρίγες που αλλάζουν σε πλάτος καθώς αλλάζει το πάχος του φιλμ.
Εξήγηση. Η εμφάνιση φωτεινών και σκοτεινών λωρίδων εξηγείται από την παρεμβολή των φωτεινών κυμάτων που αντανακλώνται από την επιφάνεια του φιλμ. τρίγωνο d = 2h.Η διαφορά στη διαδρομή των κυμάτων φωτός είναι ίση με το διπλάσιο του πάχους του φιλμ. Όταν τοποθετείται κάθετα, η μεμβράνη έχει σχήμα σφήνας. Η διαφορά στη διαδρομή των κυμάτων φωτός στο πάνω μέρος του θα είναι μικρότερη από ό,τι στο κάτω μέρος. Σε εκείνα τα σημεία του φιλμ όπου η διαφορά διαδρομής είναι ίση με ζυγό αριθμό μισών κυμάτων, παρατηρούνται ελαφριές λωρίδες. Και με μονό αριθμό μισών κυμάτων - σκούρες ρίγες. Η οριζόντια διάταξη των λωρίδων εξηγείται από την οριζόντια διάταξη γραμμών ίσου πάχους φιλμ.
Φωτίζουμε τη μεμβράνη σαπουνιού με λευκό φως (από λάμπα). Παρατηρούμε ότι οι φωτεινές λωρίδες είναι χρωματισμένες σε φασματικά χρώματα: μπλε στο πάνω μέρος, κόκκινο στο κάτω μέρος.
Εξήγηση. Αυτός ο χρωματισμός εξηγείται από την εξάρτηση της θέσης των φωτεινών λωρίδων από το μήκος κύματος του προσπίπτοντος χρώματος.
Παρατηρούμε επίσης ότι οι ρίγες, διαστέλλοντας και διατηρώντας το σχήμα τους, κινούνται προς τα κάτω.
Εάν χρησιμοποιείτε φίλτρα φωτός και φωτίζετε με μονόχρωμο φως, αλλάζει το μοτίβο παρεμβολής (αλλάζει η εναλλαγή σκοτεινών και ανοιχτόχρωμων λωρίδων)
Εξήγηση. Αυτό εξηγείται από τη μείωση του πάχους του φιλμ, καθώς το διάλυμα σαπουνιού ρέει προς τα κάτω υπό την επίδραση της βαρύτητας.
Εμπειρία 2. Χρησιμοποιώντας ένα γυάλινο σωλήνα, φυσήξτε μια σαπουνόφουσκα και εξετάστε την προσεκτικά. Όταν φωτίζεται με λευκό φως, παρατηρήστε το σχηματισμό χρωματιστών δακτυλίων παρεμβολής, χρωματισμένα σε φασματικά χρώματα. Το επάνω άκρο κάθε φωτεινού δακτυλίου είναι μπλε, το κάτω μέρος είναι κόκκινο. Καθώς το πάχος του φιλμ μειώνεται, οι δακτύλιοι, που διαστέλλονται επίσης, κινούνται αργά προς τα κάτω. Η δακτυλιοειδής μορφή τους εξηγείται από τις δακτυλιοειδείς γραμμές ίσου πάχους.
Απάντησε στις ερωτήσεις:
Γιατί οι σαπουνόφουσκες έχουν χρώμα ουράνιου τόξου;
Τι σχήμα έχουν οι ρίγες του ουράνιου τόξου;
Γιατί το χρώμα της φυσαλίδας αλλάζει συνεχώς;
Εμπειρία 3. Σκουπίστε καλά τα δύο γυάλινα πιάτα, τοποθετήστε τα μεταξύ τους και πιέστε τα μαζί με τα δάχτυλά σας. Λόγω του ατελούς σχήματος των επιφανειών επαφής, σχηματίζονται λεπτά κενά αέρα μεταξύ των πλακών.
Εξήγηση: Οι επιφάνειες των πλακών δεν μπορούν να είναι τελείως επίπεδες, επομένως εφάπτονται μόνο σε λίγα σημεία. Γύρω από αυτές τις θέσεις, σχηματίζονται λεπτές σφήνες αέρα διαφόρων σχημάτων, δίνοντας ένα σχέδιο παρεμβολής. Στο εκπεμπόμενο φως η μέγιστη συνθήκη είναι 2h=kl
Απάντησε στις ερωτήσεις:
Γιατί παρατηρούνται φωτεινές λωρίδες ουράνιου τόξου σε σχήμα δακτυλίου ή ακανόνιστου σχήματος στα σημεία που εφάπτονται οι πλάκες;
Γιατί το σχήμα και η θέση των κροσσών παρεμβολής αλλάζουν με την αλλαγή της πίεσης;
Εμπειρία 4. Κοιτάξτε προσεκτικά την επιφάνεια του CD (στο οποίο γίνεται η εγγραφή) από διαφορετικές γωνίες.
Εξήγηση : Η φωτεινότητα των φασμάτων περίθλασης εξαρτάται από τη συχνότητα των αυλακώσεων που εφαρμόζονται στο δίσκο και από τη γωνία πρόσπτωσης των ακτίνων. Σχεδόν παράλληλες ακτίνες που προσπίπτουν από το νήμα του λαμπτήρα ανακλώνται από γειτονικές κυρτότητες μεταξύ των αυλακώσεων στα σημεία Α και Β. Οι ακτίνες που ανακλώνται σε γωνία ίση με τη γωνία πρόσπτωσης σχηματίζουν μια εικόνα του νήματος της λάμπας με τη μορφή λευκής γραμμής. Οι ακτίνες που ανακλώνται σε άλλες γωνίες έχουν μια ορισμένη διαφορά διαδρομής, ως αποτέλεσμα της οποίας συμβαίνει η προσθήκη κυμάτων.
Τι παρατηρείτε; Εξηγήστε τα παρατηρούμενα φαινόμενα. Περιγράψτε το μοτίβο παρεμβολών.
Η επιφάνεια ενός CD είναι ένα σπειροειδές κομμάτι με βήμα ανάλογο με το μήκος κύματος του ορατού φωτός. Φαινόμενα περίθλασης και παρεμβολής εμφανίζονται σε μια επιφάνεια με λεπτή δομή. Η λάμψη των CD έχει χρωματισμό ουράνιου τόξου.
Εμπειρία 5. Κοιτάξτε μέσα από το νάιλον ύφασμα το νήμα της αναμμένης λάμπας. Περιστρέφοντας το ύφασμα γύρω από τον άξονά του, επιτύχετε ένα καθαρό σχέδιο περίθλασης με τη μορφή δύο λωρίδων περίθλασης που διασταυρώνονται σε ορθή γωνία.
Εξήγηση : Ένα λευκό μέγιστο περίθλασης είναι ορατό στο κέντρο του σταυρού. Στο k=0, η διαφορά στις διαδρομές των κυμάτων είναι μηδέν, άρα το κεντρικό μέγιστο είναι λευκό. Ο σταυρός σχηματίζεται επειδή οι κλωστές του υφάσματος είναι δύο σχάρες περίθλασης διπλωμένες μεταξύ τους με αμοιβαία κάθετες σχισμές. Η εμφάνιση των φασματικών χρωμάτων εξηγείται από το γεγονός ότι το λευκό φως αποτελείται από κύματα διαφορετικού μήκους. Το μέγιστο περίθλασης του φωτός για διαφορετικά μήκη κύματος λαμβάνεται σε διαφορετικά σημεία.
Σχεδιάστε τον παρατηρούμενο σταυρό περίθλασης. Εξηγήστε τα παρατηρούμενα φαινόμενα.
Εμπειρία 6.
Περίθλαση μικρού διαφράγματος
Για να παρατηρήσουμε μια τέτοια περίθλαση, χρειαζόμαστε ένα χοντρό φύλλο χαρτιού και μια καρφίτσα. Χρησιμοποιώντας μια καρφίτσα, κάντε μια μικρή τρύπα στο φύλλο. Στη συνέχεια φέρνουμε την τρύπα κοντά στο μάτι και παρατηρούμε μια φωτεινή πηγή φωτός. Σε αυτή την περίπτωση, η διάθλαση του φωτός είναι ορατή
Καταγράψτε το συμπέρασμα. Υποδείξτε σε ποιο από τα πειράματα που πραγματοποιήσατε παρατηρήθηκε το φαινόμενο της παρεμβολής και σε ποια περίθλαση . Δώστε παραδείγματα παρεμβολών και περίθλασης που έχετε συναντήσει.
Ερωτήσεις ελέγχου ( Κάθε μαθητής προετοιμάζει απαντήσεις σε ερωτήσεις ):
Τι είναι το φως;
Ποιος απέδειξε ότι το φως είναι ηλεκτρομαγνητικό κύμα;
Ποια είναι η ταχύτητα του φωτός στο κενό;
Ποιος ανακάλυψε την παρεμβολή του φωτός;
Τι εξηγεί τον χρωματισμό του ουράνιου τόξου των λεπτών μεμβρανών παρεμβολής;
Μπορούν τα κύματα φωτός που προέρχονται από δύο ηλεκτρικούς λαμπτήρες πυρακτώσεως να παρεμβαίνουν; Γιατί;
Γιατί ένα παχύ στρώμα λαδιού δεν έχει χρώμα ουράνιου τόξου;
Η θέση των μέγιστων κύριας περίθλασης εξαρτάται από τον αριθμό των σχισμών του πλέγματος;
Γιατί το ορατό χρώμα του ουράνιου τόξου του φιλμ σαπουνιού αλλάζει συνεχώς;