Почему эти полосы имеют форму окружности (6 видео)

Почему мыльные пузыри окрашены в цвет радуги?

Фото: Pixabay/CC0 Public Domain

Содержание

Практическая работа по теме «Волновые свойства света»
Урок по физике на тему: Наблюдение интерференции
«Управление общеобразовательной организацией: новые тенденции и современные технологии»
🎦 Видео

Шрифты

Smaller Small Medium Big Bigger

Default Helvetica Segoe Georgia Times

Режим чтения

Поделитесься

Радужные мыльные пузыри — это не просто красиво, великий Исаак Ньютон смог сделать замечательное открытие из этого явления. Так в чём же причина появления расцветки мыльных пузырей?

Это потому, что световые волны, отраженные от противоположных сторон тонкой стенки мыльного пузыря, интерферируют друг с другом, то есть происходит перераспределение интенсивности света в результате наложения нескольких световых волн. Некоторые длины волн (цвета) нейтрализуют друг друга, а другие усиливаются. Стенка мыльного пузыря на самом деле представляет собой тонкую пленку воды, защищенную от разрушения слоем молекул моющего средства с каждой стороны. А какие цвета усилены, зависит от толщины водяной пленки.

Добавим, что это явление не то же самое, что происхождение цветов радуги (вызванное преломлением внутреннего отраженного света), а скорее то же самое, что явление, вызывающее цвета масляного пятна на мокрой дороге.

Предположим, что на поверхность пузыря, образованного плёнкой постоянной толщины, падает пучок белого света, и различные участки поверхности пузыря пучок встречает под различными углами. Это означает, что в условия, при которых отражённый луч усиливается, будут попадать лучи с различной длиной волны и различные участки пузыря будут отсвечивать различными цветами радуги: лиловый, красный, синий, зелёный, жёлтый цвет. Это может произойти и по другой причине: различные участки плёнки пузыря со временем меняют свою толщину (теперь уже меняется толщина), и именно поэтому «то в нём синеет море, то в нём горит пожар». Если приглядеться к мыльному пузырю, можно отчётливо увидеть потоки жидкости, меняющие его окраску.

Чтобы закончить рассказ об оптике мыльного пузыря, обязательно надо сказать о чёрных полосах и пятнах в окраске пузыря. Они особенно отчётливо видны, когда пузырю осталось жить всего несколько мгновений.

Если вы внимательно посмотрите на пузырьки в ванне, вы заметите, что цвета постепенно меняются по мере того, как водяные пленки стекают под действием силы тяжести. Исаак Ньютон заметил то же самое однажды, когда принимал ванну, и использовал это наблюдение с пользой, поставив эксперимент, в котором вся вода в конечном итоге стекала с вершины пузыря. После этого осталось черное пятно (теперь называемое «черной пленкой Ньютона»), состоящее всего из двух слоев молекул моющего средства. Проследив за изменением цвета, Ньютон смог рассчитать размер молекул моющего средства — поистине замечательное достижение.

Видео:Почему стаканчик имеет форму конуса? | Лекции по математике – математик Николай Андреев | НаучпопСкачать

Практическая работа по теме «Волновые свойства света»

Разделы: Физика

Цели урока:

Образовательные: систематизировать знания, имеющиеся у учащихся о волновых свойствах световых волн, расширить область знаний о данных понятиях, выработка умения применять изученный материал для решения практических задач.
Развивающие: формирование логического мышления, продолжать развивать навык выполнения практических заданий.
Воспитательные: привития учащимся к доброжелательному общению, взаимопомощи.

Тип урока: лабораторная работа.

Оборудование: 15 комплектов инструкций к практической работе, лабораторное оборудование согласно спецификации по каждому конкретному заданию.

I. Организационный этап

II. Актуализация знаний

Сформулируйте принцип Гюйгенса – Френеля.
Зависит ли положение главных максимумов дифракционной решетки от числа щелей?
Чем отличается естественный свет от поляризованного?
В каких случаях приближенно справедливы законы геометрической оптики?

III. Практическая работа

1. Наблюдение дисперсии света с помощью призмы

Приборы и материалы:

1) пластина стеклянная (призма) с косыми гранями,
2) экран со щелью.

Порядок выполнения работы

1. Возьмите в одну руку экран со щелью, а в другую – стеклянную пластину с косыми гранями. Экран расположите вертикально на фоне окна или горящей лампы на расстоянии 30–40 см от глаза, а пластину – горизонтально перед глазом (рис. 1).

2. Посмотрите через косые грани пластины (призму) на хорошо освещенную щель в экране. Чтобы увидеть ее, предварительно поверните немного голову вместе с пластиной в сторону преломляющего угла призмы. Затем, слегка поворачивая пластину вокруг вертикальной оси, добейтесь наибольшей яркости видимого цветного изображения щели.

3. Ответьте на вопросы:

Какие цвета и в каком порядке видны в изображении щели?
Свет какого цвета больше преломляется в призме? Какого меньше?
Что можно сказать о зависимости показателя преломления стекла от цвета света?

4. Ответы на вопросы запишите в тетрадь.

2. Наблюдение интерференции света на мыльной пленке

Приборы и материалы:

1) стакан высокий вместимостью 50 mл с раствором мыла,
2) кольцо проволочное диаметром 30 мм с ручкой,
3) трубка стеклянная диаметром 3-4 м длиной 100–150 мм.

Порядок выполнения работы

1. Получите на проволочном кольце мыльную пленку, расположите её вертикально и рассмотрите в отраженном свете от окна или лампы.

2. Ответьте на вопросы:

Почему светлые полосы стали окрашенными в спектральные цвета?
В каком порядке расположены цвета в полосах?
Как изменяется ширина светлых полос по мере уменьшения толщины пленки?

3. Выдуйте мыльный пузырь на поверхности мыльного раствора с помощью стеклянной трубки. Наблюдайте за радужной окраской, возникающей на стенках мыльного пузыря.

4. Ответьте на вопросы:

Почему на верхней части мыльного пузыря возникают цветные полосы?
Почему эти полосы имеют форму окружностей?
Почему полосы не остаются на месте, а перемещаются вниз?

3. Наблюдение интерференции на стеклянных пластинах.

Оборудование: стеклянные пластины – 2 шт.

Стеклянные пластины тщательно протереть, сложит вместе и сжать пальцами.
Рассматривать в отраженном свете на темном фоне. В отдельных местах соприкосновения пластин наблюдать яркие радужные кольцеобразные или неправильной формы полосы.
Заметить изменение формы и расположения полученных интерференционных полос с изменением нажима пальцев.
Попытайтесь увидеть интерференционную картину в проходящем свете.
Ответьте на вопросы:
Почему образуются интерференционные полосы?
Почему изменяется картина при изменении давления пальцев?
Сделайте рисунок.

IV. Домашнее задание: оформить отчет о практической работе.

V. Литература: А. А. Буров, А. И. Иванов, В. И. Свиридов. Фронтальные экспериментальные задания по физике 10 класс (дидактический материал). Пособие для учителя. М., Просвещение. – 1987, с. 20-22.

Видео:Конформные отображенияСкачать

Урок по физике на тему: Наблюдение интерференции

Обращаем Ваше внимание, что в соответствии с Федеральным законом N 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации» в организациях, осуществляющих образовательную деятельность, организовывается обучение и воспитание обучающихся с ОВЗ как совместно с другими обучающимися, так и в отдельных классах или группах.

Видео:Длина окружности. Математика 6 класс.Скачать

«Управление общеобразовательной организацией:
новые тенденции и современные технологии»

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Лабораторная работа по теме : «Наблюдение интерференции и дифракции света»

Цель работы: экспериментально изучить явление интерференции и дифракции.

Оборудование: электрическая лампа с прямой нитью накала, две стеклянные пластинки, стеклянная трубка, стакан с раствором мыла, кольцо проволочное с ручкой диаметром 30 мм., компакт-диск, капроновая ткань, светофильтр.

Теория: Интерференция – явление характерное для волн любой природы: механических, электромагнитных.

Интерференция волн – сложение в пространстве двух (или нескольких) волн, при котором в разных его точках получается усиление или ослабление результирующей волны .

Обычно интерференция наблюдается при наложении волн, испущенных одним и тем же источником света, пришедших в данную точку разными путями. От двух независимых источников невозможно получить интерференционную картину, т.к. молекулы или атомы излучают свет отдельными цугами волн, независимо друг от друга. Атомы испускают обрывки световых волн (цуги), в которых фазы колебаний случайные. Цуги имеют длину около 1метра. Цуги волн разных атомов налагаются друг на друга. Амплитуда результирующих колебаний хаотически меняется со временем так быстро, что глаз не успевает эту смену картин почувствовать. Поэтому человек видит пространство равномерно освещенным. Для образования устойчивой интерференционной картины необходимы когерентные (согласованные) источники волн.

Когерентными называются волны, имеющие одинаковую частоту и постоянную разность фаз.

Амплитуда результирующего смещения в точке С зависит от разности хода волн на расстоянии d2 – d1.

, ( Δd=d ₂ -d ₁ )

(разность хода волн равна четному числу полуволн)

Волны от источников А и Б придут в точку С в одинаковых фазах и “усилят друг друга”.

Δφ=0 — разность фаз

А=2Х _max – амплитуда результирующей волны.

, ( Δd=d ₂ -d ₁ )

(разность хода волн равна нечетному числу полуволн)

Волны от источников А и Б придут в точку С в противофазах и “погасят друг друга”.

Δφ=π — разность фаз

А=0 – амплитуда результирующей волны.

Интерференционная картина – регулярное чередование областей повышенной и пониженной интенсивности света.

Интерференция света – пространственное перераспределение энергии светового излучения при наложении двух или нескольких световых волн.

Вследствие дифракции свет отклоняется от прямолинейного распространения (например, близи краев препятствий).

Дифракция – явление отклонения волны от прямолинейного распространения при прохождении через малые отверстия и огибании волной малых препятствий .

Условие проявления дифракции : d , где d – размер препятствия, λ — длина волны. Размеры препятствий (отверстий) должны быть меньше или соизмеримы с длиной волны.

Существование этого явления (дифракции) ограничивает область применения законов геометрической оптики и является причиной предела разрешающей способности оптических приборов.

Дифракционная решетка – оптический прибор, представляющий собой периодическую структуру из большого числа регулярно расположенных элементов, на которых происходит дифракция света. Штрихи с определенным и постоянным для данной дифракционной решетки профилем повторяются через одинаковый промежуток d (период решетки). Способность дифракционной решетки раскладывать падающий на нее пучек света по длинам волн является ее основным свойством. Различают отражательные и прозрачные дифракционные решетки. В современных приборах применяют в основном отражательные дифракционные решетки .

Условие наблюдения дифракционного максимума :

d·sinφ=k·λ, где k=0; ± 1; ± 2; ± 3; d — период решетки , φ — угол, под которым наблюдается максимуи, а λ — длина волны.

Из условия максимума следует sinφ=(k·λ)/d .

Поэтому фиолетовый цвет в дифракционном спектре располагается ближе к центру.

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. Опустите проволочное кольцо в мыльный раствор. На проволочном кольце получается мыльная плёнка.

Расположите её вертикально. Наблюдаем светлые и тёмные горизонтальные полосы, изменяющиеся по ширине по мере изменения толщины плёнки

Объяснение. Появление светлых и темных полос объясняется интерференцией световых волн, отраженных от поверхности пленки. треугольник d = 2h. Разность хода световых волн равна удвоенной толщине плёнки. При вертикальном расположении пленка имеет клинообразную форму. Разность хода световых волн в верхней её части будет меньше, чем в нижней. В тех местах пленки, где разность хода равна четному числу полуволн, наблюдаются светлые полосы. А при нечетном числе полуволн – темные полосы. Горизонтальное расположение полос объясняется горизонтальным расположением линий равной толщины пленки.

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

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

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

Если воспользоваться светофильтрами и освещать монохроматическим светом, то картина интерференции меняется (меняется чередование темных и светлых полос)

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

Опыт 2. С помощью стеклянной 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 вопросы:

Почему мыльные пузыри имеют радужную окраску?

Какую форму имеют радужные полосы?

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.

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:

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

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.

Что вы наблюдаете? Объясните наблюдаемые явления. Опишите интерференционную картину.

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.

Опыт 5. Посмотрите сквозь капроновую ткань на нить горящей лампы. Поворачивая ткань вокруг оси, добейтесь четкой дифракционной картины в виде двух скрещенных под прямым углом дифракционных полос.

Объяснение : В центре креста виден дифракционный максимум белого цвета. При k=0 разность хода волн равна нулю, поэтому центральный максимум получается белого цвета. 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.

Зарисуйте наблюдаемый дифракционный крест. Объясните наблюдаемые явления.

Дифракция на малом отверстии

Чтобы пронаблюдать такую дифракцию, нам потребуется плотный лист бумаги и булавка. С помощью булавки делаем в листе маленькое отверстие. Затем подносим отверстие вплотную к глазу и наблюдаем яркий источник света. В этом случае видна дифракция света

Запишите вывод. Укажите, в каких из проделанных вами опытов наблюдалось явление интерференции, а в каких дифракции . Приведите примеры интерференции и дифракции, с которыми вы встречались.

Контрольные вопросы (каждый ученик готовит ответы на вопросы):

Кем было доказано, что свет – это электромагнитная волна?

Какова скорость света в вакууме?

Кто открыл интерференцию света?

Чем объясняется радужная окраска тонких интерференционных пленок?

Могут ли интерферировать световые волны идущие от двух электрических ламп накаливания? Почему?

Почему толстый слой нефти не имеет радужной окраски?

Зависит ли положение главных дифракционных максимумов от числа щелей решетки?

Почему видимая радужная окраска мыльной пленки все время меняется?