Изучение интерференции и дифракции света I. Подготовительная часть.
Для выполнения работы необходимо вспомнить теоретический материал из раздела «Волновая оптика». Для этого вам предлагается выполнить следующие задания.
1) ответьте на вопросы и заполните пустые места в тексте.
Явление, которое возникает в процессе наложения двух (или более) световых волн одинакового периода в однородной среде, вследствие чего энергия волн в пространстве перераспределяется называется Интерференция . Интерферировать могут только когерентные волны, т.е. имеющие одинаковые частоты
Когерентные лучи получают, разделяя пучок света от одного и того же источника на два луча или используя лазеры. А также выделить когерентные волны можно с светофильтра, дающего определенную частоту (длину волны), и поляризатора, выделяющего свет определенной поляризации.
Результирующее колебание максимально 1) тогда, когда разность хода складываемых волн равна четному числу полуволн или целому числу длин:
- условие 2)
Результирующее колебание 2) , если разность хода складываемых волн равна нечетному числу полуволн:
- условие 3)
(где k=1, 2, 3, …, n (целое число); - длина волны.
- геометрическая разность хода интерферирующих волн – разность расстояний от источников до точки их интерференции.
Взаимное усиление и ослабление когерентных световых волн в пространстве приводит к неравномерному распределению в пространстве интенсивности света. Наблюдаемая интерференционная картина зависит от времени запаздывания волн относительно друг друга.
Явление огибания препятствий световыми волнами, которые распространяются в неоднородной среде называется 4) . Это явление наблюдается при прохождении света через малые отверстия или огибании светом препятствий, размеры которых малы (соизмеримы) по сравнению с длиной волны.
Интерференция и дифракция волн тесно связаны между собой. Дифракционная картина, по сути, является не чем иным, как следствием интерференции волн, на пути которых имеется препятствие. Чем меньше размер препятствия, тем 5) дифракция.
Принцип Гюйгенса-Френеля: 6)
Оптический прибор с большим количеством узких прозрачных щелей (разделенных непрозрачными промежутками), на которых наблюдается явление дифракции, называют 7)
Она используется для исследования спектрального состава света и определения длины волны.
Формула дифракционных решеток: - условие дифракционных 8)
где d=a+b – период дифракционной решетки
a – ширина прозрачных щелей
b – ширина непрозрачных щелей
- длина падающей световой волны
k=1, 2, 3, …, n (целое число)
- условие дифракционного 9)
Вследствие дифракции на дифракционной решётке белого света все главные максимумы, кроме центрального нулевого, будут окрашенными. С увеличением длины волны главные максимумы внутри размещаются под большими углами от центрального. Радужную полоску, содержащую семь цветов – от фиолетового до красного (подсчет ведется от центрального максимума), называют 10) .
Если известен период решетки d и измерен угол , под которым наблюдается максимум, и порядок спектра k, тогда можно определить 11) .
2) Отметьте все случаи, которые объясняются явлением интерференции.
1)Крылья стрекоз имеют радужную окраску.
2)Иногда сразу после дождя на небе можно увидеть радугу.
3)Зеленый цвет листьям придает хлорофилл, поглощающий преимущественно красные и синие лучи.
4)На поверхности компакт-диска видны цветные полосы.
5)Мыльный пузырь на солнце играет всеми цветами радуги.
6)При освещении солнечным светом бензиновой пленки на поверхности воды можно 7)увидеть радужные пятна.
8)Если нагреть на спиртовке лезвие безопасной бритвы, то на поверхности металла можно увидеть так называемые «цвета побежалости».
9)Если, прищурив глаз, смотреть на нить лампочки накаливания, то нить кажется окаймленной светлыми бликами.
3) Отметьте все интерференционные картины и все дифракционные картины.
II. Практическая часть.
Решите задачи, выбрав подходящий уровень сложности. Выполнение всех задач среднего уровня соответствует оценке «3». Дополнительно к ним можно выполнить задания достаточного уровня, тем самым повысив оценку на или на (до «4» или до «5»).
Средний уровень
1. В некоторую точку пространства приходит излучение с оптической разностью хода волн 1,8 мкм. Определите, усилится или ослабнет свет в этой точке, если длина волны 600 нм.
2. Найдите наибольший порядок спектра красной линии лития с длиной волны 671 нм, если период дифракционной решётки 0,01 мм.
Достаточный уровень
1. В установке Юнга расстояние между щелями 1,5 мм, а экран расположен на расстоянии 2 м от щелей. Определите расстояние между интерференционными полосами на экране, если длина волны монохроматического света 670 нм.
2. Период дифракционной решётки 0,016 мкм. Красная линия спектра 2-го порядка оказалась расположенной на расстоянии 14,2 см от средней линии. Расстояние от решётки до экрана 1,5 м. определите длину волны красных лучей и ширину спектра 2-го порядка. Длина волны фиолетовых лучей м.
1 Используем
2 12:00
3 Промежуток времени, в течение которого происходит полная смена лунных фаз, его продолжительность непостоянна, в среднем равна 29,5306 средних солнечных суток
4 Тропический год - еще известный как солнечный год - это отрезок времени, за который солнце завершает один цикл смены времён года, как это видно с Земли , например, время от одного весеннего равноденствия до следующего, или от одного дня летнего солнцестояния до другого.
5 год состоит из 365 дней и 6 часов, из-за этого существует високосный год, т.к. за 4 года накапливается время для одних суток (29 февраля)
6 Исторически основной единицей для измерения коротких интервалов времени были сутки (часто говорят «день»), равные периоду обращения Земли вокруг своей оси. В результате деления суток на меньшие временны?е интервалы точной длины возникли часы, минуты и секунды. Происхождение деления, вероятно, связано с двенадцатеричной системой счисления, которой придерживались древние. Сутки делили на два равных последовательных интервала (условно день и ночь). Каждый из них делили на 12 часов. Дальнейшее деление часа восходит к шестидесятеричной системе счисления. Каждый час делили на 60 минут. Каждую минуту — на 60 секунд.
Таким образом, в часе 3600 секунд; в сутках 24 часа = 1440 минут = 86400 секунд.
Считая, что в году 365 (в високосном 366) суток, получаем, что в году 31 536 000 (31 622 400) секунд.
Часы, минуты и секунды прочно вошли в наш обиход, стали естественно восприниматься даже на фоне десятичной системы счисления. Сейчас именно эти единицы (в первую очередь секунда) являются основными для измерения промежутков времени. Секунда стала основной единицей измерения времени в СИ и СГС.
Секунда обозначается «с» (без точки); ранее использовалось обозначение «сек», которое и поныне часто употребляется в речи (из-за большего удобства в произношении, нежели «с»). Минута обозначается «мин», час — «ч». В астрономии используют обозначения ч, м, с (или h, m, s) в верхнем индексе: 13ч20м10с (или 13h20m10s).
Использование для обозначения времени суток
В первую очередь часы, минуты и секунды были введены для облегчения указания временной координаты в пределах суток.
Точка на оси времени в пределах конкретно взятых календарных суток обозначается указанием целого количества часов, которые с начала суток; затем целого количества минут, которые с начала текущего часа; затем целого количества секунд, которые с начала текущей минуты; при необходимости ещё точнее указать временную позицию далее используют десятичную систему, указывая десятичной дробью долю текущей секунды (обычно до сотых или до тысячных).
Бро́уновское движение — беспорядочное движение микроскопических видимых, взвешенных в жидкости или газе частиц твердого вещества, вызываемое тепловым движением частиц жидкости или газа.
Тепловое движение — процесс хаотического (беспорядочного) движения частиц, образующих вещество. Важнейшими доказательствами существования движения молекул является Броуновское движение и диффузия.
Тепловое движение является причиной броуновского движения, а Броуновское движение является следствием и свидетельством существования теплового движения.