Чем можно объяснить радужную окраску компакт дисков

Обновлено: 06.07.2024

1. Записать весь текст, сделать рисунки цветными карандашами.

2. По возможности сделать дома описанные опыты и проверить достоверность описанных результатов

Физика. Урок 48. Лабораторная работа № 16.

Тема: Наблюдение интерференции и дифракции света

Цель: Экспериментальное подтверждение явлений дифракции и интерференции, наблюдение колец Ньютона.

В явлениях интерференции и дифракции света соблюдается закон сохранения энергии. В области интерференции световая энергия только перераспределяется, не превращаясь в другие виды энергии. Возрастание энергии в некоторых точках интерференционной картины относительно суммарной световой энергии компенсируется уменьшением её в других точках (суммарная световая энергия – это световая энергия двух световых пучков от независимых источников). Светлые полоски соответствуют максимумам энергии, темные – минимумам.

Опыт 1. Скрутите из проволоки похожую конструкцию.Опустите проволочное кольцо в мыльный раствор. На проволочном кольце получается мыльная плёнка.

Освещаем мыльную пленку белым светом (от лампы или окна). Наблюдаем окрашенность пленки в спектральные цвета: вверху – синий, внизу – красный.

Объяснение. Такое окрашивание объясняется зависимостью положения светлых полос о длины волн падающего цвета.

Наблюдаем также, что полосы, расширяясь и сохраняя свою форму, перемещаются вниз.

Объяснение. Это объясняется уменьшением толщины пленки, так как мыльный раствор стекает вниз под действием силы тяжести.

Опыт 2. С помощью пластмассовой трубки выдуйте мыльный пузырь и внимательно рассмотрите его. При освещении его белым светом наблюдайте образование цветных интерференционных колец, окрашенных в спектральные цвета. Верхний край каждого светлого кольца имеет синий цвет, нижний – красный. По мере уменьшения толщины пленки кольца, также расширяясь, медленно перемещаются вниз. Их кольцеобразную форму объясняют кольцеобразной формой линий равной толщины.

Ответьте на вопрос:

1. Почему окраска пузыря все время меняется?

Опыт 3.Тщательно протрите две стеклянные пластинки, сложите вместе и сожмите пальцами. Из-за неидеальности формы соприкасающихся поверхностей между пластинками образуются тончайшие воздушные пустоты.

При отражении света от поверхностей пластин, образующих зазор, возникают яркие радужные полосы – кольцеобразные или неправильной формы. При изменении силы, сжимающей пластинки, изменяются расположение и форма полос. Зарисуйте увиденные вами картинки.

Объяснение: Поверхности пластинок не могут быть совершенно ровными, поэтому соприкасаются они только в нескольких местах. Вокруг этих мест образуются тончайшие воздушные клинья различной формы, дающие картину интерференции. В проходящем свете условие максимума 2h=kl

Ответьте на вопросы:

1. Почему в местах соприкосновения пластин наблюдаются яркие радужные кольцеобразные или неправильной формы полосы?

2. Почему с изменением нажима изменяются форма и расположение интерференционных полос?

Опыт 4.Рассмотрите внимательно под разными углами поверхность компакт-диска (на которую производится запись).

Объяснение: Яркость дифракционных спектров зависит от частоты нанесенных на диск бороздок и от величины угла падения лучей. Почти параллельные лучи, падающие от нити лампы, отражаются от соседних выпуклостей между бороздками в точках А и В. Лучи, отраженные под углом равным углу падения, образуют изображение нити лампы в виде белой линии. Лучи, отраженные под иными углами имеют некоторую разность хода, вследствие чего происходит сложение волн.

Поверхность компакт-диска представляет собой спиральную дорожку с шагом соизмеримым с длиной волны видимого света. На мелкоструктурной поверхности проявляются дифракционные и интерференционные явления. Блики компакт- дисков имеют радужную окраску.

Радуга - это дисперсия.
Можно так:
1 способ: дифракция света на капроновой ткани
Смотрим через капроновую ткань на нить горящей лампы.
Наблюдаем “дифракционный крест” (картина в виде двух скрещенных под прямым углом дифракционных полос) .
Крест получается потому, что нити ткани представляют собой две сложенные вместе дифракционные решетки со взаимно перпендикулярными щелями. Появление спектральных цветов объясняется тем, что белый свет состоит из волн различной длины. Дифракционный максимум света для различных волн получается в различных местах.
2 способ: Наблюдение дифракции света на грампластинке и лазерном диске
Грампластинка или лазерный диск является хорошей дифракционной решеткой.
Располагаем грампластинку так, чтобы бороздки расположились параллельно нити лампы и наблюдаем дифракцию в отраженном свете.
Наблюдаем яркие дифракционные спектры нескольких порядков.

Новые вопросы в Физика

найди ускорение свободного падения на планете Уран, если масса Урана равна 14 масс Земли, а радиус в 4 раза больше радиуса Земли

Какое количество теплоты выделится при кристаллизации и охлаждении 1,2 кг железа до температуры 200С?

Какое количество теплоты необходимо для испарения спирта массой 2,5 кг?

тело массой 10 кг подняли над поверхностью Земли на высоту равную трети земного радиуса.С какой силой земля притягивает это тело? ПОМОГИТЕ С ЭТИМ

Яблоко свободно падает на Марсе с некоторой высоты без начальной скорости. Какой путь пролетит яблоко за 5с, если масса Марса составляет 0,1 массы Зем … ли, а его радиус - 0,5 радиус земли?

Тонкий мідний провід опором 1 ОМ і довжиною 40 см зігнули у вигляді квадрата й помістили в однорідне магнітне поле з індукцією 0,2 Тл так, щоб його пл … ощина була перпендикулярна лініям індукції поля. визначте заряд, що протікає по поводу, коли квадрат розпрямляють у лінію, тримаючи його за протилежні вершини.(с объяснением пожалуйста)

Визначити середню кінетичну енергію хаотичного руху атомів гелію, який перебуває в балоніпід тиском 1 МПа і має густину 1кг\м*3

Цель работы: Углубить представления о явлении дифракции волн (обоснования, виды проявления, условия наблюдения, модели и основы теоретических расчетов). Провести экспериментальные наблюдения и измерения на примере дифракции световых волн.

Оборудование . Транспортир, лазер-брелок, осветитель с лампой накаливания, фрагмент компакт-диска, экран (лист из белого картона).

1. Компакт диск - дифракционная решетка

1.1. Теоретическая часть.

Зеркальная поверхность компакт-диска представляет собой спиральную дорожку, шаг которой соизмерим с длиной волны видимого света. На такой упорядоченной и мелкоструктурной поверхности в отраженном свете заметно проявляются дифракционные и интерференционные явления, что и является причиной радужной окраски создаваемых им бликов.

1.2. Экспериментальная часть

1.2.1. Экспериментальная установка.

Стенд для проведения экспериментальных наблюдений (рисунок 3) состоит из транспортира 1, на котором жестко закреплены лазер-брелок 2 и фрагмент компакт диска 3. Зеркальные дорожки компакт-диска, имеющие форму дуг, на стенде ориентированы близко к вертикальному направлению. Фрагмент закреплен у нулевой точки транспортира. Брелок ориентирован так, что лазерный луч падает перпендикулярно плоскости фрагмента.

Дифрагированные лучи попадают на боковые стороны транспортира, их углы отклонения определяются по показаниям транспортира. Подготовка прибора включает проверку юстировки лазера. Она считается нормальной, если отраженный луч возвращается в его выходное окно. Проверить это можно по положению пятна на полоске белой бумаги, размещенной вблизи окошка.

Поскольку зеркальные дорожки имеют дугообразную форму, то дифрагированные лучи не лежат строго в плоскости транспортира и поэтому для их наблюдения также следует пользоваться белым экраном, помещая его вблизи шкалы и ориентируя перпендикулярно плоскости транспортира. Нажав на кнопку включателя лазера проверьте точность установки его корпуса и пронаблюдайте интерференционные максимумы слева и справа от оси прибора.

1.2.2. Методика и результаты измерений.

Задание 1 . По полученным значениям углов дифракции определите период d дифракционной структуры зеркальной поверхности компакт-диска.

Оцените погрешность метода и запишите полученный результат с указанием интервала.

Таблица 1. Результаты наблюдений дифракции света на компакт-диске ………….

Период дифракционной структуры, d , мкм

Относительная погрешность измерения

Абсолютная погрешность измерения

1. Период дифракционной структуры компакт-диска d = ………± ……..;

2. Вдоль радиуса диска на каждом миллиметре размещается n = ………± …… зеркальных дорожек.

Задание 2 (уровень УИРС). Пронаблюдайте, как изменяются поперечные размеры дифракционных максимумов нулевого, первого и второго порядков. Объясните причины замеченных изменений. Какие геометрические параметры зеркальных дорожек можно определить из этих наблюдений.

2. Компакт-диск – зонная пластинка.

2.1. Теоретическая часть.

2.1.2. Фокусирующее действие компакт-диска.

Применительно к компакт-диску теория позволяет отождествить его с одновременно с вогнутым и выпуклым зеркалами, каждое из которых также имеет несколько фокусов. На рисунке 4 показано, как преобразуется параллельный пучок света, нормально падающий на диск. Отраженные лучи образуют с осью диска два действительных фокуса, которые можно наблюдать на малом экране диаметром около 3 см.

При перемещении экрана вдоль оптической оси установки, фокусы легко обнаруживаются, как места с максимальной концентрацией света. Наиболее ярким является самый дальний из них (первый фокус). Если на диск падает белый свет, то легко наблюдается хроматическая аберрация – зависимость фокусного расстояния от длины волны. В данном случае для красного цвета фокусы располагаются ближе к диску, чем для синего.

2.2. Экспериментальная часть .

Вместо масок, выделяющих кольцевой фрагмент компакт диска, можно использовать узконаправленный луч лазера. При нормальном падении на поверхность диска наблюдается нормально отраженный луч, по которому можно проверить, действительно ли луч падает на диск перпендикулярно поверхности. Четыре других луча, наблюдаемых в отражении, позволяют найти два действительных и два – мнимых фокуса.

Экспериментально фокусные расстояния компакт-дисков наблюдаются на установке, показанной на рисунке 5. На плоском основании перпендикулярно к нему жестко укреплен компакт-диск так, что его центр располагается над плоскостью основания на высоте, примерно равной 1 см. Лазер-брелок закреплен на рейсшине на такой же высоте и так направлен, что луч падает на диск перпендикулярно его поверхности.

При перемещении рейсшины с лазером вдоль грани основания пятно должно следовать строго вдоль диаметра диска, а отраженный прямой луч - возвращаться в выходное окошко лазера. Проверив нормальность падения луча на диск, отметим ход отраженных от него косых лучей. В местах их пересечения с геометрической осью диска располагаются действительные фокусы.

2.2.1. Методика и результаты измерений.

Наблюдения в монохроматическом свете.

Проверив правильность юстировки лазера, положите на основание лист белой бумаги (формат А4) короткой стороной вплотную к диску и закрепите его кнопками. Проведите на нем осевую линию – перпендикуляр, проходящий через центр диска. Перемещая рейсшину, направьте луч в точку, отстоящую от центра диска на расстояние R₁ и отметьте точками направление косых лучей. В местах их пересечения с осью отметьте точки фокусов. Такие действия и измерения следует проделать не менее четырех раз – дважды с левой, и дважды с правой стороны диска. При этом точки падения лучей слева и справа по возможности следует выбирать симметрично. Результаты занесите в таблицу 2.

На свету CD-диск имеет радужную окраску. Какое физическое явление лежит в основе этого?

Вторичные источники

Заполните пропуски в тексте.

Этих успехов Френель добился, объединив принцип Гюйгенса с идеей интерференции вторичных волн.

Каждая точка фронта является вторичных волн, причём все вторичные источники .

Дифракция света

Соедините попарно фигуры так, чтобы верно составить предложения.

Длина волны света

Заполните пропуск в задаче. Ответ дайте целым числом.

На дифракционную решётку с периодом 0,004 мм падает по нормали плоская монохроматическая волна. Количество дифракционных максимумов, наблюдаемых с помощью этой решётки, равно 17. Длина волны света равна нм.

Дифракция света

Выделите мышкой 4 слова, которые относятся к теме урока.

1) Явление огибания волнами препятствий.

2) Излучение, которое может вызывать зрительные ощущение.

3) Голландский физик, который разработал волновую теорию света.

4) Распределение по частотам или длинам волн интенсивностей оптического излучения.

Геометрическая оптика

Заполните пропуски в предложении, выбрав правильные варианты ответа из выпадающего меню.

Вспомните границы применимости геометрической оптики.

Принцип действия приборов описывается геометрической оптики.

Физические термины

Установите соответствие между термином и его определением.

Вспомните, что такое дисперсия, интерференция и дифракция.

Зависимость показателя преломления света от его цвета

Явление огибания светом препятствия и его проникновение в область геометрической тени

Пространственное перераспределение энергии светового излучения при наложении двух или нескольких световых волн

Дифракционные максимумы

Решите задачу и подчеркните правильный вариант ответа.

На дифракционную решётку с периодом 0,0066 мм падает по нормали плоская монохроматическая волна. Длина волны 550 нм. Какое максимальное количество дифракционных максимумов можно наблюдать с помощью этой решётки для данной световой волны?

$d \sin \varphi = m \lambda$; $ \left | \sin\varphi \right |=\frac<\left |m \right \lambda |> 1) 11

Дифракционная решётка

Решите задачи, чтобы разгадать кроссворд.

Оптика

Выделите мышкой 4 слова, которые относятся к теме урока.

1) Раздел физики, в котором изучаются свойства света, его физическая природа.

2) Возвращение световой волны при её падении на поверхность раздела обратно в первоначальную среду.

3) Французский физик, работы которого посвящены волновой оптике.

4) Тело, испускающее световое излучение.

Порядок спектра

Соедините попарно фигуры так, чтобы образовался правильный ответ задачи.

На дифракционную решётку, имеющую 500 штрихов на 1 мм, падает монохроматический свет длиной волны 500 нм. Свет падает на решётку перпендикулярно.

Дифракционная решётка

Заполните пропуски в тексте. Для этого наберите пропущенные слова на клавиатуре компьютера.

Дифракционная представляет собой большого числа очень узких щелей, непрозрачными промежутками.

Максимум освещённости

Соедините попарно фигуры так, чтобы образовался правильный ответ задачи.

С помощью дифракционной решётки белый свет разложили на спектр. Длины волн красного, жёлтого, зелёного и фиолетового света равны $λ_к$ = 740 нм, $λ_ж$ = 600 нм, $λ_з$ = 550 нм, $λ_ф$ = 400 нм соответственно.

Так как положение максимума зависит от длины волны, то решётка разлагает белый свет в спектр. Чем больше $ \lambda $, тем дальше от центрального максимума располагается тот или иной максимум соответственно данной длине волны.

Физические термины

Читайте также: