ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ БРЯНСКОЙ ОБЛАСТИ Государственное автономное профессиональное образовательное учреждение «Брянский строительно-технологический техникум имени Л.Я. Кучеева»
	Методические рекомендации по выполнению лабораторных работ по физике

Методические рекомендации

по выполнению лабораторных работ по физике для II курса

ОУД.П.10 Физика по профессиям:

08.01.06 Мастер сухого строительства

08.01.07 Мастер общестроительных работ

08.01.25 Мастер отделочных строительных и декоративных работ 08.01.24 Мастер столярно-плотничных, паркетных работ Брянск, 2022

Содержание

Пояснительная записка..................................................................................... 3

Лабораторная работа № 12................................................................................ 5

Изучение закона Ома для участка цепи, последовательного и параллельногосоединения проводников..................................................................................................... 5

Лабораторная работа №13................................................................................ 8

Определение коэффициента полезного действия электрического чайника...... 8

Лабораторная работа №14................................................................................ 9

Определение ЭДС и внутреннего сопротивления источника напряжения....... 9

Лабораторная работа №15.............................................................................. 12

Изучение закона Ома для полной цепи........................................................... 12

Лабораторная работа №16.............................................................................. 13

Определение температуры нити лампы накаливания..................................... 13

Лабораторная работа №17.............................................................................. 14

Изучение изображения предметов в тонкой линзе......................................... 14

Лабораторная работа №18.............................................................................. 15

Изучение интерференции и дифракции света................................................. 15

Список использованной литературы.............................................................. 20

 

Пояснительная записка

Предлагаемые методические рекомендации входят в учебно-методический комплекс по дисциплине «Физика», разработаны для студентов первого и второго курсов.

Предлагаемые методические указания представляют собой практикум по лабораторным работам для обучающихся по всему курсу общей.

Основная цель пособия – способствовать формированию у обучающихся ключевых учебных и личностных компетенций, а также развитию творческих компетенций.

По своему содержанию лабораторные работы представляют собой наблюдения, измерения и опыты, тесно связанные с темой занятия. В пособие включены следующие виды заданий: 1) наблюдение и изучение физических явлений, 2) наблюдение и изучение свойств веществ, 3) измерение физических величин, 4) исследование зависимостей физическими величинами, 5) изучение физических законов.

Лабораторные работы составлены по разделам курса общей физики согласно разработанной автором рабочей программе.

Выполнение всех работ является обязательным для всех обучающихся. Лабораторные работы являются эффективным средством активизации и мотивации обучения физике, способствуют применению различных методов и приемов обучения для формирования у обучающихся системы прочных знаний, интеллектуальных и практических умений и навыков, помогают развитию мышления обучающихся, так как побуждают к выполнению умственных операций: анализу, синтезу, сравнению, обобщению и др.

Лабораторные работы составлены в виде инструкций. Каждая инструкция содержит цель работы, перечень оборудования, краткую теорию, ход выполнения работы (включая графы для составления отчета) и контрольные вопросы, обращающие внимание обучающихся на существенные стороны изучаемых явлений. Вопросы помогают глубже осмыслить производимые действия и полученные результаты и на их основе самостоятельно сделать необходимые выводы.

Основное назначение методических указаний – оказать помощь обучающимся в подготовке и выполнении лабораторных работ, а также облегчить работу преподавателя по организации и проведению лабораторных занятий.

Систематическое и аккуратное выполнение всей совокупности лабораторных работ позволит обучающемуся овладеть умениями самостоятельно ставить физические опыты, фиксировать свои наблюдения и измерения, анализировать их делать выводы в целях дальнейшего использования полученных знаний и умений.

Целями выполнения лабораторных работ является:

-  обобщение, систематизация, углубление, закрепление полученных теоретических знаний по конкретным темам дисциплины;

-  формирование умений применять полученные знания на практике, реализация единства интеллектуальной и практической деятельности;

-  развитие интеллектуальных умений у будущих специалистов; аналитических, проектировочных, конструктивных и др.

-  выработку при решении поставленных задач таких профессионально значимых качеств, как самостоятельность, ответственность, точность, творческая инициатива.

Для более эффективного выполнения лабораторных работ необходимо повторить соответствующий теоретический материал, а на занятиях, прежде всего, внимательно ознакомиться с содержанием работы и оборудованием.

В ходе работы необходимо строго соблюдать правила по технике безопасности; все измерения производить с максимальной тщательностью; для вычислений использовать микрокалькулятор.

            После   окончания    работы   каждый    обучающийся   должен   предоставить     отчет.

Небрежное оформление отчета, исправление уже написанного недопустимо.

Лабораторная работа № 12

Изучение закона Ома для участка цепи, последовательного и параллельного соединения проводников

Цель работы: установить на опыте зависимость силы тока от напряжения и сопротивления.

Оборудование: амперметр лабораторный, вольтметр лабораторный, источник питания, набор из трёх резисторов сопротивлениями 1 Ом, 2 Ом, 4 Ом, реостат, ключ замыкания тока, соединительные провода.

Краткие теоретические сведения

Электрический ток - упорядоченное движение заряженных частиц

Количественной мерой электрического тока служит сила тока I

Сила тока - – скалярная физическая величина, равная отношению заряда q, переносимого через поперечное сечение проводника за интервал времени t, к этому интервалу времени:

В Международной системе единиц СИ сила тока измеряется в амперах [А] [1A=1Кл/1с].

Прибор для измерения силы тока Амперметр. Включается в цепь последовательно

Напряжение – это физическая величина, характеризующая действие электрического поля на заряженные частицы, численно равно работе электрического поля по перемещению заряда из точки с потенциалом φ₁ в точку с потенциалом φ₂

U₁₂ = φ1 – φ2,

U – напряжение, A – работа тока, q – электрический заряд

Единица напряжения – Вольт [В] [1B=1Дж/1Кл]

Прибор для измерения напряжения – Вольтметр. Подключается в цепь параллельно тому участку цепи, на котором измеряется разность потенциалов.

На схемах электрических цепей амперметр                     

обозначается .

Величина, характеризующая противодействие электрическому току в проводнике, которое обусловлено внутренним строением проводника и хаотическим движением его частиц, называется электрическим сопротивлением проводника.

Электрическое сопротивление проводника зависит от размеров и формы проводника и от материала, из которого изготовлен проводник.

S – площадь поперечного сечения проводника l – длина проводника

ρ – удельное сопротивление проводника

В СИ единицей электрического сопротивления проводников служит ом [Ом].

Графическая зависимость силы тока I от напряжения U - вольт-амперная характеристика

Закон Ома для однородного участка цепи: сила тока в проводнике прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника.

Назван в честь его первооткрывателя Георга Ома.

Практическая часть

1.            Для выполнения работы соберите электрическую цепь из источника тока, амперметра, реостата,        проволочного           резистора       сопротивлением       2          Ом      и          ключа.            Параллельно проволочному резистору присоедините вольтметр (см. схему).

2.            Опыт 1. Исследование зависимости силы тока от напряжения на данном участке цепи. Включите ток. При помощи реостата доведите напряжение на зажимах проволочного резистора до 1 В, затем до 2 В и до 3 В. Каждый раз при этом измеряйте силу тока и результаты записывайте в табл. 1.

Таблица 1. Сопротивление участка 2 Ом

Напряжение, В	1В	2В	3В
Сила тока, А

3.            По данным опытов постройте график зависимости силы тока от напряжения. Сделайте вывод.

4.            Опыт 2. Исследование зависимости силы тока от сопротивления участка цепи при постоянном напряжении на его концах. Включите в цепь по той же схеме проволочный резистор сначала сопротивлением 1 Ом, затем 2 Ом и 4 Ом. При помощи реостата устанавливайте на концах участка каждый раз одно и то же напряжение, например, 2 В. Измеряйте при этом силу тока, результаты записывайте в табл 2. Таблица 2. Постоянное напряжение на участке 2 В

Сопротивление участка, Ом	1	2	4
Сила тока, А

5.            По данным опытов постройте график зависимости силы тока от сопротивления. Сделайте вывод.

6.            Ответьте на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1.  Что такое электрический ток?

2.  Дайте определение силы тока. Как обозначается? По какой формуле находится?

3.  Какова единица измерения силы тока?

4.  Каким прибором измеряется сила тока? Как он включается в электрическую цепь?

5.  Дайте определение напряжения. Как обозначается? По какой формуле находится?

6.  Какова единица измерения напряжения?

7.  Каким прибором измеряется напряжение? Как он включается в электрическую цепь? 8. Дайте определение сопротивления. Как обозначается? По какой формуле находится?

9.      Какова единица измерения сопротивления?

10.  Сформулируйте закон Ома для участка цепи.

Лабораторная работа №13

Определение коэффициента полезного действия электрического чайника

Цель: вычислить значение коэффициента полезного действия электрического нагревательного прибора при различной нагрузке (мощности), исследовать зависимость коэффициента полезного действия от мощности электрического нагревательного прибора.

Оборудование: электрический чайник, термометр, секундомер.

Ход работы

Электрический чайник отключен от электрической сети. Берем в руки пустой чайник, переворачиваем его, изучаем паспорт чайника, записываем значение мощности нагревательного элемента.

1.      Открываем крышку чайника, наливаем в него воду из крана объемом 1 литр (1 килограмм).

2.      Термометр помещаем в чайник с водой.

3.      Измеряем температуру воды в чайнике

4.      Вынимаем термометр из воды

5.      Плотно закрываем крышку чайника.

6.      Ставим чайник на платформу.

7.      Включаем чайник и засекаем время по часам. Вода в чайнике нагревается. Следим за показаниями часов.

8.      Отмечаем момент автоматического отключения чайника (момент закипания воды).

9.      Вычисляем промежуток времени, в течение которого нагревалась вода от начальной температуры до кипения

10.  Осторожно снимаем с платформы чайник с горячей водой. Выливаем воду из чайника в раковину.

11.  Рассчитываем работу электрического тока по формуле  =  ∙

где А – работа электрического тока;

Р – электрическая мощность нагревательного прибора; t – промежуток времени, в течение которого нагревается вода.

12.  Вычисляем количество теплоты по формуле Q = cm (t₂ - t₁), где с – удельная теплоѐмкость воды, m – масса воды, t₂ = 100 °C – температура кипения воды, t₁ – начальная температура воды

13.  Рассчитываем     коэффициент полезного      действия        нагревательного       элемента электрического чайника по формуле ŋ = Q/A

14.  Результаты опытов и вычислений записываем в таблицу.

15.  Сделать вывод

Результаты измерений:

Удельная теплоемкост ь    воды    с, Дж/кг·К	Мощнос ть чайника P, Вт	Масса воды m, кг	Начальна я температ ура воды t1, 0С	Конечна я темпера тура воды           t2, 0С	Время нагреван ия воды t, с	Работа электрич еского тока           А, Дж	Количест во теплоты Q, Дж	КПД чайника ŋ, %

Лабораторная работа №14

Определение ЭДС и внутреннего сопротивления источника напряжения

Цель: научиться определять электродвижущую силу и внутреннее сопротивление источника электрической энергии.

Оборудование: 1. Амперметр лабораторный;

2.  Источник электрической энергии;

3.  Соединительные провода,

4.  Набор сопротивлений 2 Ом и 4 Ом;

5.  Переключатель однополюсный; ключ.

Краткая теория

Возникновение разности потенциалов на полюсах любого источника является результатом разделения в нем положительных и отрицательных зарядов. Это разделение происходит благодаря работе, совершаемой сторонними силами.

Силы неэлектрического происхождения, действующие на свободные носители заряда со стороны источников тока, называются сторонними силами.

При перемещении электрических зарядов по цепи постоянного тока сторонние силы, действующие внутри источников тока, совершают работу.

Физическая величина, равная отношению работы Aст сторонних сил при перемещении заряда q внутри источника тока к величине этого заряда, называется электродвижущей силой источника (ЭДС):

ЭДС определяется работой, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда.

Электродвижущая сила, как и разность потенциалов, измеряется в вольтах [В].

Чтобы измерить ЭДС источника, надо присоединить к нему вольтметр при разомкнутой цепи.

Источник тока является проводником и всегда имеет некоторое сопротивление, поэтому ток выделяет в нем тепло. Это сопротивление называют внутренним сопротивлением источника и обозначают r.

Если цепь разомкнута, то работа сторонних сил превращается в потенциальную энергию источника тока. При замкнутой цепи эта потенциальная энергия расходуется на работу по перемещению зарядов во внешней цепи с сопротивлением R и во внутренней части цепи с сопротивлением r , т.е. ε = IR + Ir.

Если цепь состоит из внешней части сопротивлением R и внутренней сопротивлением r, то, согласно закону сохранения энергии, ЭДС источника будет равна сумме напряжений на внешнем и внутреннем участках цепи, т.к. при перемещении по замкнутой цепи заряд возвращается в исходное положение , где IR – напряжение на внешнем участке цепи, а Ir - напряжение на внутреннем участке цепи.

Таким образом, для участка цепи, содержащего ЭДС:

Эта формула выражает закон Ома для полной цепи: сила тока в полной цепи прямо пропорциональна электродвижущей силе источника и обратно пропорциональна сумме сопротивлений внешнего и внутреннего участков цепи.

ε и r можно определить опытным путем.

Часто источники электрической энергии соединяют между собой для питания цепи.

Соединение источников в батарею может быть последовательным и параллельным.

При последовательном соединении два соседних источника соединяются разноименными полюсами.

Т.е., для последовательного соединения аккумуляторов, к ″плюсу″ электрической схемы подключают положительную клемму первого аккумулятора. К его отрицательной клемме подключают положительную клемму второго аккумулятора и т.д. Отрицательную клемму последнего аккумулятора подключают к ″минусу″ электрической схемы.

Получившаяся при последовательном соединении аккумуляторная батарея имеет ту же емкость, что и у одиночного аккумулятора, а напряжение такой аккумуляторной батареи равно сумме напряжений входящих в нее аккумуляторов. Т.е. если аккумуляторы имеют одинаковые напряжения, то напряжение батареи равно напряжению одного аккумулятора, умноженному на количество аккумуляторов в аккумуляторной батарее.

1.    ЭДС батареи равна сумме ЭДС отдельных источников ε= ε₁ + ε₂ + ε₃

2.    Общее сопротивление батареи источников равно сумме внутренних сопротивлений отдельных источников rбатареи= r₁ + r₂ + r₃

Если в батарею соединены n одинаковых источников, то ЭДС батареи ε= nε₁, а

сопротивление rбатареи= nr₁

3.    Сила тока в такой цепи по закону Ома

При параллельном соединении соединяют между собой все положительные и все отрицательные полюсы двух или n источников.

Т.е., при параллельном соединении, аккумуляторы соединяют так, чтобы положительные клеммы всех аккумуляторов были подключены к одной точке электрической схемы (″плюсу″), а отрицательные клеммы всех аккумуляторов были подключены к другой точке схемы (″минусу″).

Параллельно соединяют только источники с одинаковой ЭДС. Получившаяся при параллельном соединении аккумуляторная батарея имеет то же напряжение, что и у одиночного аккумулятора, а емкость такой аккумуляторной батареи равна сумме емкостей входящих в нее аккумуляторов. Т.е. если аккумуляторы имеют одинаковые емкости, то емкость аккумуляторной батареи равна емкости одного аккумулятора, умноженной на количество аккумуляторов в батарее.

1.  ЭДС батареи одинаковых источников равна ЭДС одного источника. ε= ε₁= ε₂ = ε₃

2.  Сопротивление батареи меньше, чем сопротивление одного источника r_{батареи}= r₁/n

3.  Сила тока в такой цепи по закону Ома

Электрическая энергия, накопленная в аккумуляторной батарее равна сумме энергий отдельных аккумуляторов          (произведению         энергий          отдельных     аккумуляторов,         если аккумуляторы           одинаковые), независимо    от        того,   как      соединены     аккумуляторы параллельно или последовательно.

Внутреннее сопротивление аккумуляторов, изготовленных по одной технологии, примерно обратно пропорционально емкости аккумулятора. Поэтому т.к.при параллельном соединении емкость аккумуляторной батареи равна сумме емкостей входящих в нее аккумуляторов, т.е увеличивается, то внутреннее сопротивление уменьшается.

Ход работы

1.        Начертите таблицу:

№ опыта	Источни к электри ческой энергии ВУП, В	1-й отсчет		2-й отсчет		Э.Д.С. ε , В	Внутреннее сопротивление, r , Ом
		R1, Ом	Сила тока I1 , А	R2, Ом	Сила тока I2 , А
1	1	1		2

2.        Рассмотрите шкалу амперметра и определите цену одного деления.

3.        Составьте электрическую цепь по схеме, изображенной на рисунке 1. Переключатель поставить в среднее положение.

Рисунок 1.

4.        Замкнуть цепь, введя меньшее сопротивление R₁. Записать величину силы тока I₁. Разомкнуть цепь.

5.        Замкнуть цепь, введя большее сопротивление R₂. Записать величину силы тока I₂. Разомкнуть цепь.

6.        Вычислить значение ЭДС и внутреннего сопротивления источника электрической энергии.

Закон Ома для полной цепи для каждого случая:        и   

Отсюда получим формулы для вычисления ε и r:

7.        Результаты всех измерений и вычислений запишите в таблицу.

8.        Сделайте вывод.

9.        Ответьте на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1.            Раскройте физический смысл понятия «электродвижущая сила источника тока».

2.            Определить сопротивление внешнего участка цепи, пользуясь результатами полученных измерений и законом Ома для полной цепи.

3.            Объяснить, почему внутреннее сопротивление возрастает при последовательном соединении аккумуляторов и уменьшается при параллельном в сравнении с сопротивлением r₀ одного аккумулятора.

4.            В каком случае вольтметр, включенный на зажимы генератора, показывает ЭДС генератора и в каком случае напряжение на концах внешнего участка цепи? Можно ли это напряжение считать также и напряжением на концах внутреннего участка цепи?

Лабораторная работа №15

Изучение закона Ома для полной цепи

Цель работы: проверить справедливость закона Ома. Изучить основные принципы работы цепи постоянного тока.

Оборудование: амперметр на 100 мА, вольтметр на 5 В, источник тока на 4.5 В, реостат, три известных сопротивления, три неизвестных сопротивления, лампочка, провода.

Ход работы.

1.  Соберите цепь, как показано на рисунке, используя сопротивление 50 Ом.

2.  Поставьте реостат в среднее положение.

3.  Измерьте силу тока и напряжение на сопротивлении. Занесите данные в таблицу.

4.  Вычислите величину сопротивления.

5.  Измените положение реостата. Повторите п.3 и п.4.

6.  Поменяйте сопротивление 50 Ом на 100 Ом и повторите измерения.

R, Ом	№	U,В	I, мА	R=U/I
R1=50	1
	2
R2=100	1
	2

Контрольные вопросы

1.  Сформулировать закон Ома для полной цепи.

2.  Что такое ЭДС?

3.  Как определить ток короткого замыкания?

4.  В проводнике сопротивлением 2 Ом, подключенном к элементу с ЭДС 2,2 B, идет ток силой 1 A. Найдите ток короткого замыкания элемента.

Лабораторная работа №16

Определение температуры нити лампы накаливания

Цель работы: Определить температуру нити лампы накаливания по вольтамперной характеристике.

Оборудование: Лампа 6,3 В, амперметр, вольтметр (учебные), реостат (100 Ом), ключ, провода, монтажная панель.

Ход работы

Температуру нити лампы накаливания можно узнать, пользуясь зависимостью сопротивления от температуры: Rt=R₀(1+at). Для этого, измерив предварительно сопротивление нити лампы в холодном состоянии тестером, снять вольтамперную характеристику лампы. По найденным значениям силы тока и напряжения найти сопротивление нити и её температуру. Однако необходимо учесть, что сопротивление металлов зависит от температуры не совсем линейно. Особенно это становится заметно при больших перепадах температуры (как в данном случае).

Поэтому, при измерении сопротивления в холодном состоянии выбирается a₁ = 5*10^-3 К^-1,а в горячем a₂ = 5,8*10^-3 К^-1.

Ход работы

1.  Измерьте сопротивление нити лампы в холодном состоянии с помощью тестера. Это даст возможность вычислить сопротивление нити при нуле градусов Цельсия. Для вычисления воспользуйтесь значением термического коэффициента a₁.

2.  Соберите цепь согласно схеме.

3.  Снимите ВАХ, перемещая движок реостата (минимум 10 замеров). Результаты занесите в таблицу.

4.  Вычислите сопротивление и температуру для каждого замера, используя значением термического коэффициента a₂ и вычисленным R₀.

5.  Постройте ВАХ и зависимость R = f (t).

6.  Сделайте выводы.

Контрольные вопросы

1.  Чем объясняется зависимость электрического сопротивления металлов от температуры?

2.  Каковы основные источники погрешностей измерений в данном эксперименте?

Лабораторная работа №17

Изучение изображения предметов в тонкой линзе

Цель работы: экспериментально изучить свойства тонкой линзы: наблюдение действительных и мнимых изображений предметов, получаемых с помощью линзы, проверить формулы тонкой линзы, определить фокусное расстояние и оптическую силу линзы.

Оборудование: ПК, виртуальная лабораторная работа.

Краткая теория

В курсе физики рассматриваем простейшие тонкие линзы, то есть такие, толщина которых много меньше образующих линзы радиусов. Для тонких линз справедлива формула:

,

где d – расстояние от предмета до линзы, f – расстояние от линзы до изображения, F – фокусное расстояние.

Оптической силой линзы называют величину:

Ход работы

1.  Установить переключатель выбора в положение 1.

2.  С помощью ползунка установить расстояние от линзы да свечи 8 см.

3.  Изменяя это расстояние в пределах 7-9 см, наблюдайте поведение изображения.

4.  Придвинув линейку к главной оптической оси определите фокусное расстояние линзы.

5.  Занесите результат в соответствующее поле.

6.  Вычислите оптическую силу линзы.

7.  Округлите результат до сотых долей и занесите его в соответствующее поле.

8.  Проверьте правильность расчетов, нажав кнопку «Проверить».

9.  Повторите подобные измерения для линз № 2 и № 3 Результаты измерений:

Линза	Расстояние   от предмета до линзы d, м	Расстояние от линзы до изображения f, м	Фокусное расстояние линзы F, м	Оптическая сила линзы D, дптр
№1
№2
№3

Контрольные вопросы

1.  Что называют оптическим центром линзы?

2.  Что называют главной оптической осью?

3.  Что называют главным фокусом линзы?

4.  Что называют фокусным расстоянием?

Лабораторная работа №18

Изучение интерференции и дифракции света

Цель работы: экспериментально изучить явление интерференции и дифракции.

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

Краткая 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.

Условие максимума

где k=0; ± 1; ± 2; ± 3;…

(разность хода волн равна четному числу полуволн)

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

φ_А=φ_Б - фазы колебаний

Δφ=0 - разность фаз

А=2Х_max – амплитуда результирующей волны.

где k=0; ± 1; ± 2; ± 3;…

(разность хода волн равна нечетному числу полуволн)

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

φ_А≠φ_Б - фазы колебаний

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 < λ, 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 .

Пусть k=1, тогда sinφ_кр=λ_кр/d и sinφ_ф=λ_ф/d.

Известно, что λ_кр>λ_ф , следовательно sinφ_кр>sinφ_ф. Т.к. y= sinφ_ф - функция возрастающая, то φкр>φф

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.

Ход работы:

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 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 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.

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. Контрольные вопросы:

1.  Что такое свет?

2.  Кем было доказано, что свет – это электромагнитная волна?

3.  Что называют интерференцией света? Каковы условия максимума и минимума при интерференции?

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

5.  Что называют дифракцией света?

6.  Зависит ли положение главных дифракционных максимумов от числа щелей решетки?

Список использованной литературы

1.      Дмитриева В. Ф. Физика для профессий и специальностей технического профиля:

учебник для образовательных учреждений сред. проф. образования. — М., 2014.

2.      Дмитриева В. Ф. Физика для профессий и специальностей технического профиля. Сборник задач: учеб. пособие для образовательных учреждений сред. проф. образования. — М., 2014.

3.      Дмитриева В. Ф., Васильев Л. И. Физика для профессий и специальностей технического профиля. Контрольные материалы: учеб. пособия для учреждений сред. проф. образования / В. Ф. Дмитриева, Л. И. Васильев. — М., 2014.

4.      Дмитриева В. Ф. Физика для профессий и специальностей технического профиля. Лабораторный практикум: учеб. пособия для учреждений сред. проф. образования / В. Ф. Дмитриева, А. В. Коржуев, О. В. Муртазина. — М., 2015.

5.      Дмитриева В.Ф. Физика для профессий и специальностей технического профиля: электронный учеб.-метод. комплекс для образовательных учреждений сред. проф.

образования. — М., 2014.

6.      Дмитриева В. Ф. Физика для профессий и специальностей технического профиля: электронное учебное издание (интерактивное электронное приложение) для образовательных учреждений сред. проф. образования. — М., 2014.

7.      Касьянов В. А. Иллюстрированный атлас по физике: 10 класс.— М., 2010.

8.      Касьянов В. А. Иллюстрированный атлас по физике: 11 класс. — М., 2010.

9.      Трофимова Т. И., Фирсов А. В. Физика для профессий и специальностей технического и естественно-научного профилей: Сборник задач. — М., 2013.

10.  Трофимова Т. И., Фирсов А. В. Физика для профессий и специальностей технического и естественно-научного профилей: Решения задач. — М., 2015.

11.  Трофимова Т. И., Фирсов А. В. Физика. Справочник. — М., 2010.

12.  Фирсов А. В. Физика для профессий и специальностей технического и естественнонаучного профилей: учебник для образовательных учреждений сред. проф.

образования / под ред. Т. И. Трофимовой. — М., 2014. Интернет- ресурсы

1.      www. fcior. edu. ru (Федеральный центр информационно-образовательных ресурсов).

2.      wwww. dic. academic. ru (Академик. Словари и энциклопедии).

3.      www. booksgid. com (Воокs Gid. Электронная библиотека).

4.      www. globalteka. ru (Глобалтека. Глобальная библиотека научных ресурсов).

5.      www. window. edu. ru (Единое окно доступа к образовательным ресурсам).

6.      www. st-books. ru (Лучшая учебная литература).

7.      www. school. edu. ru (Российский образовательный портал. Доступность, качество, эффективность).

8.      www. ru/book (Электронная библиотечная система).

9.      www. alleng. ru/edu/phys. htm (Образовательные ресурсы Интернета — Физика).

10.  www. school-collection. edu. ru (Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов).

11.  https//fiz.1september. ru (учебно-методическая газета «Физика»).

12.  www. n-t. ru/nl/fz (Нобелевские лауреаты по физике).

13.  www. nuclphys. sinp. msu. ru (Ядерная физика в Интернете).

14.  www. college. ru/fizika (Подготовка к ЕГЭ).

15.  www. kvant. mccme. ru (научно-популярный физико-математический журнал «Квант»).