• No results found

Лабораторна робота «Спостереження інтерференції та дифракції світла» Домашні досліди: інтерференція і дифракція світла

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Share "Лабораторна робота «Спостереження інтерференції та дифракції світла» Домашні досліди: інтерференція і дифракція світла"

Copied!
7
0
0

Loading.... (view fulltext now)

Full text

(1)

Лабораторна робота

«Спостереження інтерференції та дифракції світла»

Домашні досліди: інтерференція і дифракція світла Рекомендації по проведенню спостережень Спостереження явищ інтерференції і дифракції світла можна проводити як вдома, так і перебуваючи на вулиці, оскільки багато явищ, вивчаються у фізиці, відбуваються у навколишньому світі постійно. Явища інтерференції і дифракції нерідко застосовують у побутовій техніці. Спробуйте відшукати технічні засоби, у дію яких покладені явища інтерференції і дифракції та опишіть їх. Всі візуальні спостереження слід замалювати і зробити їх короткий опис, водночас пояснити причину виникнення того чи іншого ефекту, які спостерігаються візуально. Малюнки виконуються на щільному білому папері формату А4 або на аркушах такого формату, щоб їх потім можна було вклеїти до зошита з лабораторних робіт. Найкраще використати ватман, малюнки виконувати кольоровими олівцями. Застосування фарб — гуаші чи акварелі, не дає змоги правильно відтворити плавні переходи між кольорами спектру. Фломастери, кулькові ручки чи кольорові маркери для виконання малюнків непридатні взагалі. Виконані малюнки є додатком до протоколу роботи. Всі написи на малюнку робляться з тієї самої сторони, що й малюнок, у нижній частині аркуша з правого боку. Напис повинен містити прізвище та ім’я спостерігача, дату й місце спостереження. Якщо спостереження проводилось в умовах природного освітлення, треба зазначити, о котрій годині дане спостереження відбувалось. Адже трапляються випадки, коли результати спостережень мають практичну цінність. Текст протоколу-звіту слід попередньо підготувати у робочому зошиті, потім під час уроку лабораторної роботи у класі переписати його до зошита з лабораторних робіт. Нерідко добрі результати дають фотографічні знімки, тому за можливості слід спробувати сфотографувати все те, що ви спостерігаєте у процесі виконання дослідів. Слід мати на увазі те, що явище інтерференції сфотографувати нескладно, тоді як зробити фотознімки дифракційних картин значно складніше, а в деяких дослідах неможливо взагалі. Якщо ви фотографуєте через сітку з автоматичною системою фокусування, сіткою слід закривати лише об’єктив і ні в якому разі не закривати елементи автоматичного фокусування фотоапарату, тому, що зображення буде нерізким.

(2)

Інтерференція світла Явище інтерференції відбувається під час відбиття білого світла від тонких плівок, які утворюються рядом способів. Візуально спостерігаються кольорові кільця або смуги, їх кольори та послідовність залежать від товщини плівки та від показника заломлення речовини, яка утворює плівку. Виникнення смуг обумовлене утворенням двох когерентних пучків світла, які відбилися від зовнішньої і внутрішньої поверхонь плівки. Краще всього спостереження проводити у відбитому світлі на темному тлі. У прохідному світлі теж можна спостерігати інтерференцію, але інтерференційна картина буде менш яскравою. Дослід 1. Інтерференція у тонких плівках. Нафта та нафтопродукти здатні утворювати на поверхнях, на які вони потрапляють, тонкі позорі плівки. На таких плівках добре спостерігаються інтерференційні картини. Інтерференцію можна спостерігати на ділянках доріг, де рухається автомобільний та інші види транспорту, на автомобільних стоянках, так і в штучно створених умовах. У першому випадку плівки утворені залишками паливно-мастильних матеріалів, які витікають з двигунів транспортних засобів. Особливо чіткими смуги будуть тоді, коли поверхня волога, тобто після дощу або взимку під час відлиги. Щоб самому таку утворити таку плівку, треба піпеткою крапнути гасу чи бензину на поверхню води. Для досліду можна використати одноразову пластикову тарілку. Через деякий час краплина розтечеться, після чого можна спостерігати інтерференцію у відбитому світлі. Можна, також, взяти дві скляні пластинки. На одну з пластинок помістіть краплину рідини (можна спробувати використати воду) і міцно притисніть другою пластинкою. Між пластинками утвориться достатньо тонка плівка рідини, у якій світло здатне утворити інтерференційні смуги. Для пакування продуктів нині використовують тонку й еластичну поліетиленову плівку. Її теж можна використати для спостереження інтерференції. Шматок плівки треба розтягнути руками, в результаті її товщина зменшиться у кілька разів. Такої товщини буде достатньо для того, щоб у плівці відбулась інтерференція. Оскільки плівка тонка і легко рветься, коли її розтягувати, треба зробити кілька спроб, доки не буде одержано бажаного результату. Спостереження в усіх випадках ведеться у відбитому світлі бажано на темному тлі. Дослід 2. Інтерференція у мильних бульбашках. Це — найпростіший спосіб побачити інтерференційну картину. Мильний розчин можна одержати, розчиняючи у воді шматочки мила, хоч слід мати на увазі, що деякі сорти мила не дають можливості одержати якісний розчин. Тому можна спробувати використати різні сорти мила чи шампунів. Найкращі результати дає іграшка для утворення мильних бульбашок. Розчин, який у ній застосовано, дає змогу утворити порівняно стійкі бульбашки. Мильна плівка дуже тонка, тому на її поверхні легко спостерігати різноколірні смуги та замкнуті контури. Для спостереження необов’язково застосовувати яскраві джерела світла. Спробуйте виявити відмінності в інтерференційних картинах на поверхнях бульбашок різного діаметра.

(3)

Дослід 3. Інтерференція у тонкому мильному клині. Для цього спостереження потрібно виготовити кільце з м’якого дроту діаметром приблизно 5 см. Більше за розміром кільце дає змогу швидше одержати потрібний результат, але тоді плівка буде менш міцною. Кільце опустіть у мильний розчин, потім вийміть його, тримаючи у вертикальному положенні. Мильна плівка, яка залишається на кільці, поступово стікає в нижню його частину. Таким чином, товщина плівки у верхній і нижній частині кільця буде відрізнятися, тобто внизу виникає потовщення плівки у формі клина. У відбитому світлі добре видно інтерференційні смуги, які спершу з’являються у верхній частині плівки і поступово заповнюють всю поверхню плівки. Стійкість плівки, відповідно тривалість спостереження, залежить від концентрації розчину. Дуже концентрований мильний розчин через його в’язкість стікає повільно, тому слід підібрати таку концентрацію, при якій інтерференційні смуги з’являються вже через кілька секунд, а плівка утримується 1—2 хвилини. Найкращі результати знову ж таки дає розчин із названої іграшки. У цьому досліді легко зробити фотознімки інтерференційних смуг. Для цього слід забезпечити можливість закріпити кільце та підготувати темний фон. Дослід 4. Інтерференція на поверхнях лінз оптичних приладів. Поверхні лінз, з яких виготовляють точні оптичні прилади, зокрема об’єктиви фотоапаратів, відеокамер чи проекторів, покривають так званим просвітлюючим шаром — дуже тонкою оптично прозорою плівкою, яка може складатися з одного чи з кількох шарів речовин з різними показниками заломлення. Тому на поверхні лінз можна спостерігати інтерференційні кільця. Спрямуйте світло від неяскравої лампи на об’єктив і змінюючи положення об’єктива відносно лампи та точки спостереження підберіть таке, щоб ви бачили кілька зображень лампи. Відбиваючись від обох поверхонь кожної лінзи, що є в даному об’єктиві, зображення матимуть різні відтінки. Кількість пар кольорових зображень джерела зазвичай відповідає кількості лінз в об’єктиві. Дослід 5. Інтерференція в круглих отворах. Для цього досліду потрібен напівпровідниковий лазер, тонкий непрозорий матеріал, білий екран. Кінчиком гострої голки у непрозорому матеріалі слід проколоти два отвори якомога ближче один до одного. Промінь лазера спрямовується на екран крізь ці отвори. В отворах відбувається розділення пучка світла на два когерентні пучки, які потрапивши на екран, інтерферують з утворенням червоних смуг, розділених темними проміжками. Дослід слід проводити у затемненому приміщенні. Відстань між лазером, перепоною з отворами та екраном підбирається експериментально. Дослід складний у виконанні, оскільки одержати якісний результат не завжди вдається. Тому у разі успіху слід замалювати схему досліду із зазначенням відстаней екран, лазер-перепона. Дослід 6. Інтерференція у сухих скляних пластинках. Для цього досліду використовують дві пластинки із віконного скла товщиною щонайбільше 3―4 мм. Скло більшої товщини застосовувати недоцільно, оскільки стиснути товсті

(4)

пластинки так, щоб у них виникли невеликі деформації, майже неможливо. Застосовувати скло товщиною 2 мм і менше не слід з міркувань безпеки, стискання тонкої скляної пластинки може призвести до того, що вона зламається і завдасть травм. Пластинки треба старанно вимити і насухо протерти, після чого скласти і добре стиснути. Інтерференційні смуги у складених пластинках виникають за рахунок того, що між складеними разом поверхнями скла утворюється повітряний клин або їх сукупність, світло відбивається від обох поверхонь пластинок. Дослід 7. Інтерференція в оксидній плівці. Під час нагрівання металу на його поверхні утворюється тонка плівка оксиду цього металу. У такій плівці можна спостерігати інтерференцію. Найбільш наочно інтерференційні смуги видно на сталевих поверхнях. Наприклад, якщо тіло зі сталі нагріти до температури кількасот градусів, після його охолодження воно набуває темно-синіх відтінків залежно від сорту сталі. Це є результатом інтерференції у плівці в процесі її утворення. Після охолодження тіла плівка твердіє і стає непрозорою. Для проведення досліду можна використати лезо безпечної бритви. Краще взяти лезо білого кольору. Лезо з темним захисним покриттям не забезпечує необхідної наочності. Один край леза треба закріпити будь-яким способом. Можна взяти дерев’яну паличку чи олівець, з одного кінця ножем зробити невеликий надріз і закріпити у ньому вузький кінець леза. Вільний кінець нагрівається у полум’ї свічки або запальнички. Одразу стає помітною зміна кольору леза: від полум’я вздовж леза у напрямі його холодного кінця починає поширюватися червоно-коричнева смуга, яка потім переходить у синьо-зелену. Дослід 8. Інтерференція на поверхні зіниці ока. Закрийте очі і поверніть обличчя в бік яскравої електричної лампи. Через кілька секунд починайте дуже повільно розплющувати одне око так, щоб крізь повіки тільки почало проникати світло або погляд спрямувати трохи вбік від лампи. У цей момент можна чітко сприймати поверхню зіниці. Придивившись, можна помітити невеликі утворення у вигляді кругів, овалів чи безформних ліній, викликаних інтерференцією у плівці рідини, яка омиває око. Якщо повіки розімкнути трохи більше, щоб до ока потрапила невелика кількість прямого світла від лампи, виникає дифракція (див. дослід 10). Інтерференцію на поверхні зіниці можна спостерігати і за допомогою увігнутого дзеркала. Потрібно розташуватися перед лампою так, щоб її світло потрапляло до ока, а дзеркало — щоб бачити саме око. Придивившись до віддзеркалення лампи, яке перебуває на райдужній оболонці, можна побачити інтерференційні кільця. Але оскільки на опуклій поверхні ока дзеркальне зображення дуже зменшене, цей дослід вдається зробити не кожному. Дослід 9. Інтерференція на поверхні фольги. Візьміть шматок алюмінієвої фольги і наблизьте до ока на відстань пів-сантиметра але так, щоб на її поверхню падало світло від неяскравого джерела. Розсіяне світло при цьому відбивається, потрапляє до ока, де відбувається інтерференція, відбивається від ока, знову потрапляє на фольгу і ще раз відбивається. Спостерігаючи це явище, можна бачити

(5)

хаотичну структуру, утворену смугами і плямами червоно-коричневих та синьо-зелених відтінків. Чітких елементів – кілець чи овалів, як у попередньому досліді, тут одержати не можна, оскільки око широко відкрите. Фольгу краще взяти таку, на якій видавлена дрібна структура, наприклад, від сигаретної упаковки. Тоді світло відбивається як від підвищень, так і від заглибин на поверхні фольги. Це створює деякий ефект об’ємності. Можливість проведення дослідів 8 і 9 визначається станом зору людини, тому для окремих людей проведення цих дослідів виявляється неможливим. Дифракція світла Явище дифракції відбувається тоді, коли світлова хвиля огинає перепону. Це явище супроводжується виникненням вторинних хвиль. Візуально дифракція спостерігається у вигляді кольорових смуг або штрихів з чергуванням спектральних кольорів. Дослід 10. Дифракція під час спостереження крізь повіки. Поверніться обличчям до лампи, стуліть повіки не дуже міцно, але так, щоб світло від лампи не потрапляло до ока. Потім якомога повільніше розплющуйте одне око, щоб світло потроху проникало крізь повіки. Ви побачите яскраві вертикальні смуги, біля яких помітні кольорові контури. Дослід 11. Пір’їна як дифракційна ґратка. Візьміть цілу незім’яту напівпрозору пір’їну. Піднесіть пір’їну якомога ближче до ока і подивіться крізь її волокна на джерело світла. Як джерело, використайте електричну лампу, що перебуває на відстані 3 м чи далі від ока. Дослід 12. Дифракція у сітках. Якщо у вас вдома занавіски на вікнах з тонкої сітчастої тканини, то дивлячись увечері крізь таку сітку на вуличні ліхтарі ви не могли не помітити чотирьох різноколірних променів, які розходяться від ліхтарів. Це і є один із проявів дифракції. Густа сітка тканини є своєрідною дифракційною ґраткою із системою взаємно перпендикулярних штрихів. Для проведення дослідів візьміть шматки щільної синтетичної тканини. У більшості таких тканин нитки, з яких вони виготовлені, не мають бахроми, тому дифракційна картина, яку ви будете спостерігати, досить чітка. Подивіться крізь сітку на лампу з відстані 3 м чи на більш віддалену. Спробуйте зробити досліди з різними видами тканин і підберіть ті, які дають найкращий ефект. Дослід 13. Дифракція в компакт-дисках у відбитому світлі. У цьому спостереженні можна одержати найбільш яскраві дифракційні картини. Візьміть компакт-диск і розташуйте його так, щоб ви могли бачити на його поверхні відбите від джерела світло. Зверніть увагу на розташування кольорових ділянок на його поверхні. Спробуйте злегка зігнути диск, звертаючи при цьому увагу на зміну характеру розташування кольорів. Можна експериментувати з дисками різних типів

(6)

(CD та DVD), звертаючи при цьому увагу на ширину смуг тих чи інших кольорів. Спробуйте пояснити, чим викликані відмінності у ширині смуг. Дослід 14. Дифракція в компакт-дисках у прохідному світлі. Для спостереження потрібен непридатний для використання за прямим призначенням компакт-диск. З нього потрібно зняти етикетку, яка являє собою тонку пластикову плівку, приварену до диска по зовнішньому контуру та по контуру центрального отвору. У цих місцях на поверхні диску є потовщення, яке добре відчувається на дотик. Ножицями зріжте потовщення на зовнішньому контурі диска, після чого обережно відділіть етикетку. Спостереження ведуть крізь прозору частину диска, спостерігаючи будь-яке джерело світла. Диск типу DVD складається із двох з’єднаних між собою дисків. Ви можете спочатку зрізати зовнішній контур (потовщення) диску, потім за допомогою ножа розділити ці шари. Нижня частина диска прозора і придатна для проведення спостережень. З іншої частини можна зняти етикетку. Дивлячись крізь диск на лампу, по обидва боки від неї на деякій відстані ви побачите кольорові ділянки, які є максимумами першого порядку. Якщо під час дослідів ви використовуєте диски CD і DVD, зверніть увагу на різницю у положеннях максимуму першого порядку для різних типів дисків. Дослід 15. Дифракція в круглому отворі. Для спостереження потрібен шматок тонкого картону або щільного паперу. Можна використати побутову алюмінієву фольгу, яку бажано з одного боку покрити чорною чи якоюсь іншою темною фарбою, щоб відблиски від фольги не потрапляли до ока. Дуже добрі результати можна одержати, якщо спочатку фольгу наклеїти на щільний папір і висушити за допомогою праски, поклавши поверх фольги 2—3 шари паперу. Клей можна застосувати будь-який синтетичний — «Момент», «БФ-88» чи подібні. Клеї типу «Секунда» та інші, які виготовляють на основі акрилових сполук, через їх високу токсичність краще не використовувати. Якщо ви використовуєте картон чи щільний папір, пофарбуйте його чорною тушшю, акварельною фарбою чи гуашшю. Після висихання, за допомогою гострої голки чи іншого інструменту в картоні проколіть тонкий круглий отвір діаметром 0,1—0,2 мм. Приклавши картон з отвором впритул до ока, подивіться на яскраве джерело світла. Краще використати настільну лампу при вимкнутому загальному освітленні, щоб з того боку, який повернутий до ока, картон з отвором не освітлювався. Цей дослід не завжди можна виконати вдало. Причина цього – значна протяжність джерела. За наявності лазера (лазерна указка), можна спробувати світло лазера спрямувати через отвір на білу поверхню. Цей спосіб часто виявляється більш вдалим, хоч на екрані можна бачити дифракційну картину лише одного кольору. Дослід 16. Дифракція на межі перепони. Цей дослід наочно показує, що світло, яке огинає перепону, зазнає дифракції. Для досліду використовується картон з отвором, який готувався для досліду 15. У якості джерела світла використовується лампа, вміщена в глибокий ковпак з рівними краями. Розпочинати спостереження треба так, щоб крізь отвір не було видно нитки лампи. Потім повільно підводьте

(7)

голову так, щоб поступово з’явився світний край нитки. В цей момент на темному фоні виникає яскрава дифракційна картина у вигляді окремих пучків. Форма картини залежить від діаметра отвору в картоні. Це саме явище можна спостерігати і без отвору, але тоді кольори спектру розрізнити важче через набагато більший потік світла, яке потрапляє від лампи безпосередньо до ока. Дослід 17. Дифракція в щілині. Для цього досліду потрібна невелика пластинка з віконного скла. Для того, щоб гранями пластинки не завдати собі травм, пластинку перед використанням слід по контуру обклеїти смужкою щільного паперу. Можна використати клей ПВА. Після того, як пластинка підготовлена, її треба закоптити у полум’ї парафінової свічки. Пластинку слід при цьому тримати якомога ближче до гніту свічки, оскільки у верхній частині полум’я його температура значно вища, і на пластинці може утворитися тріщина. По друге, поблизу свічки парафін, який випаровується під час горіння, ще не встигає згоріти повністю, завдяки чому на пластинці утворюється шар кіптяви. Намагайтесь закоптити пластинку якомога щільнішим шаром. Після того, як пластинка охолоне, на неї акуратно покладіть лінійку (не пошкодьте шару кіптяви) і кінчиком голки проведіть риску. У шарі кіптяви утвориться вузька щілина, крізь яку спостерігають світло від лампи. Умови спостереження такі самі, що й у попередньому досліді. Аналогічну щілину можна одержати, якщо у тонкій фользі прорізати риску за допомогою леза з безпечної бритви. За відсутності названих матеріалів можна застосувати копіювальний папір. Але, оскільки основа копіювального паперу непрозора, його можна спочатку наклеїти на скло, після висихання клею лезом прорізати щілину. Дослід 18. Дифракція у подвійній щілині. Цей дослід аналогічний попередньому, але у більшості випадків він дає значно кращі результати. На поверхні закопченої пластини проведіть дві паралельні риски, відстань між якими має бути якомога меншою — від 0,2 до 0,5 мм. Спостереження проводьте так само, як і в попередньому досліді. Ми навели описи дослідів, які з порівняно великою наочністю показують явища інтерференції і дифракції світла. Але, як ми зазначали вище, ці явища спостерігаються у самих неочікуваних ситуаціях. Тому, якщо застосувати всю свою спостережливість і увагу, ці явища можна помітити дуже часто, навіть не готуючи завчасно дослідів для їх спостереження.

References

Related documents

24.12.2020 Група № 24 Урок № 6 Тема уроку: «Контрольна робота №1 Орфографічна норма» Мета уроку: перевірити знання принципів орфографії; розвивати пам'ять, увагу,

Зовнішній вигляд факелу та дефекти поверхні Можлива причина Cпосіб усунення На пофарбованій поверхні паралельні лінії (сопло справне) Велике або

(Пам'ятаєте, що оскільки прожектор є позиційним джерелом світла, вам необхідно розташувати його в бажаному місці. Також зауважте, що ніхто не забороняє

Зібрати на стенді схему вимірювань (рис.3.2). Досліджуване електронне коло підключити до джерела регульованої напруги. Звернути увагу на те, що стабілітрон

За способом обробки рис поділяють на рис шліфований вищого,1,2 ґатунків, рис полірований вищого, 1,2 ґатунків та дроблений.. Ці види круп відрізняються між

Слід звернути увагу на те, що комбінована дія УФ радіації і видимого світла, якщо такий присутній в спектрі випромінювання джерела світла,

Форма реалізації проектної діяльності – виховне заняття з презентацією колажу – зображення джерела або похід до джерела, очищення його від забруднення і

Якщо встановлений прапорець Интерполяция (Resample Image) , то під час збільшення зображення Photoshop додає до зображення нові пікселі, тобто змінюється