Інформація для вчителів
Застосування
Схема досліду
Якщо світло падає на щілину або перемичку, світлові промені дифрагують на краях цих об'єктів і виникає інтерференція. У повсякденні дифракцію на перемичці видно тоді, коли дивитися на сонце за стовбуром дерева.
Теорема Бабіне стверджує, що інтерференційні картини щілини та перемички однакової товщини ідентичні, за винятком першого максимуму.
Коли світло падає крізь дверну щілину, виникає тінь. Краї цієї тіні часто розмиті, подібно як у вуличного ліхтаря. Цей ефект можна пояснити дифракційними явищами.
Інша інформація (1/3)
Інша інформація для вчителя (1/3)
Попередні знання
Для розуміння цього досліду вже мають бути виконані простіші досліди з дифракційних явищ, як-от дослід «Визначення довжини хвилі лазера за допомогою оптичної ґратки».
Принцип
Якщо світло падає на дифракційний об'єкт, як-от перемичку чи щілину, то краї цього об'єкта є вихідними точками елементарних хвиль, які інтерферують між собою. Для інтерференційної картини має значення лише відстань між цими джерелами, а не те, що лежить між ними.
Отже, інтерференційні картини однаково широких щілин і перемичок відрізняються лише в першому максимумі - там, де відображається сам об'єкт.
Інша інформація (2/3)
Інша інформація для вчителя (2/3)
Навчальна мета
На перемичці також відбувається дифракція, тож видно інтерференційну картину. Теорема Бабіне стверджує, що інтерференційні картини перемичок і щілин однакової ширини ідентичні, за винятком першого максимуму. Це пов'язано з тим, що вихідними точками елементарних хвиль, які інтерферують, завжди є краї дифракційного об'єкта.
Завдання
- Спостереження інтерференційних картин перемички та щілини однакової ширини
- Тлумачення та пояснення результатів
Інша інформація (3/3)
Інша інформація для вчителя (3/3)
Якщо паралельний світловий промінь падає на перемичку завширшки , то за принципом Гюйгенса крайні промені дифрагують на краях перешкоди. Оскільки промені виходять з одного джерела світла, вони проникають в область геометричної тіні як дві синфазні хвильові системи.
Якщо дифраговані крайні промені десь накладаються на середній осі області тіні, то через однаковий пройдений шлях вони завжди сходяться там синфазно, тобто на середній осі області тіні завжди панує яскравість. Якщо промені мають різницю шляхів у половину довжини хвилі або непарне кратне їй, то вони гасять одне одного. Залежно від різниці шляхів на екрані по черзі спостерігають максимуми та мінімуми яскравості.
Якщо перемичку замінити щілиною такої самої ширини, то, за винятком центрального максимуму яскравості, спостерігають таку саму інтерференційну картину.
Правила безпеки
Конче потрібно уникати того, щоб дивитися прямо в лазерне світло.
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
Дифракція світла на кульбабі
Світлом називають видиму для людини частину електромагнітного спектра. За допомогою дифракційних об'єктів, як-от перемички, можна спостерігати особливе явище світла - здатність до інтерференції, яке вказує на хвильову природу світла.
Дифракцію можна спостерігати в повсякденні, коли сонце перебуває за такими об'єктами, як стеблина кульбаби: краї стеблини здаються трохи розмитими.
Цей дослід показує, які фізичні закономірності лежать в основі цього явища і який вигляд має дифракційна картина, що при цьому виникає.
Завдання
- Спрямуй лазерне світло на вузьку перешкоду (перемичку) так, щоб воно частково проходило збоку повз неї, і поспостерігай тінь, що виникає.
- Порівняй цю тінь із дифракційною картиною, що виникає, коли світло падає на щілину такої самої ширини, як перешкода.
Схема установки
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Оптична лава для учнівських дослідів, l = 600 мм | 08376-00 | 1 |
| 2 | Ковзна опора для оптичної лави | 09822-00 | 3 |
| 3 | Тримач пластин для 3 об'єктів | 09830-00 | 1 |
| 4 | Діафрагма зі щілиною, перемичкою і краєм | 08521-00 | 1 |
| 5 | Екран, білий, 150x150 мм | 09826-00 | 1 |
| 6 | Діодний лазер, 1 мВт, 635 нм (червоний-3 В) з коротким стрижнем, l = 75 мм | 08771-99 | 1 |
Додаткове обладнання
| Позиція | Обладнання | Кількість |
|---|---|---|
| 1 | Клейка стрічка | 1 |
| 2 | Аркуш паперу | 1 |
Складання
Схема установки
Установку складають так, як показано на рисунку, причому екран ставлять за оптичною лавою.
- Діодний лазер стоїть на початку оптичної лави (позначка на ).
- Щільно за ним міститься тримач пластин із діафрагмою з дифракційними об'єктами (позначка на ).
- Екран закріплюють у тримачі та встановлюють на відстані від діафрагми. На екрані, нормаль до поверхні якого спрямована вздовж оптичної осі, клейкою стрічкою закріплюють аркуш паперу.
Виконання
Діафрагму з дифракційними об'єктами пересувають у тримачі пластин так, щоб перемичка рівномірно освітлювалася лазерним світлом. Олівцем треба позначити положення мінімумів кількох порядків дифракції.
Не змінюючи відстані між діафрагмою та екраном, у хід променів тепер уводять щілину. Знову позначають положення мінімумів.
Насамкінець знову освітлюють перемичку. Відстань між діафрагмою та екраном тепер змінюють, пересуваючи екран. При цьому спостерігають інтерференційну картину.
Протокол
Завдання 1
Завдання на схемі: розташуйте підписи по місцях. Підписи: Перемичка; Щілина. Місця на схемі: Щілина; Перемичка.
Після розв'язання всіх завдань і натискання "Показати розв'язки" (останній слайд) на цьому слайді буде показано додаткову інформацію!
Завдання 2 і 3
Питання
Питання
Питання
Завдання 4
Де інтерференція на перемичці могла б спричинити проблеми? Якщо дуже дрібні речі хочуть роздивитися під ____, їх треба освітити. Якщо об'єкти достатньо ____, то й на цих об'єктах відбувається ____, тож там, де насправді мав би бути об'єкт, видно ____ пляму.
