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.
Ход работы
1. Самостоятельно изучите методическое указание по выполнению лабораторной работы.
2. Наблюдение интерференции света.
Опыт 1: Посмотреть видео, описать установку, описать явление.
https://vk.com/club45813191?z=video-45813191_456239799%2F8e37c2e858ab203443%2Fpl_post_-45813191_4485
Опыт 2: Посмотреть видео, подробно описать явление.
https://vk.com/club45813191?z=video-45813191_456239794%2Fe2b3ec649eb4d198bb%2Fpl_post_-45813191_4480
Объясните порядок чередования цветов на интерференционной картине при освещении пленки белым светом.
Опыт 3: возьмите CD-диск и направьте на него световые лучи от лампочки, солнца. Опишите интерференционную картину при освещении CD-диска.
3. Наблюдение дифракции света.
Посмотреть видео, описать установку и явление.
https://vk.com/club45813191?z=video-45813191_456240292%2F762e7e60388c976952%2Fpl_post_-45813191_5050
4. Сделайте вывод по работе.
5. Письменно ответьте на контрольные вопросы.
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.
Работа рассчитана на 2 часа