Интерференция. Дифракция

 
 
 
 
 
Интерференция. Дифракция.

 

 

 

 

Мясникова Г. И.

Учитель физики

Интерференция света

 

• Интерференция — одно из наиболее убедительных доказательств волновых свойств.
• Интерференция присуща волнам любой природы.
• Интерференцией световых волн называется сложение двух когерентных волн, вследствие которого наблюдается усиление или ослабление результирующих световых колебаний в различных точках пространства.

Когерентные волны

 

• Для образования устойчивой интерференционной картины необходимо, чтобы источники волн были когерентными.
• Волны, имеющие одинаковую частоту и постоянную во времени разность фаз, называются когерентными.
• Все источники света, кроме лазеров, некогерентные.

Как можно наблюдать интерференцию света?

 

• Чтобы наблюдать интерференцию света, надо получить когерентные световые пучки.
• Для этого, до появления лазеров, во всех приборах для наблюдения интерференции света когерентные пучки получались путем разделения и последующего сведения световых лучей, исходящих из одного источника света.
• Для этого использовались щели, зеркала и призмы.

Опыт Юнга

 

• В начале 19-го века английский ученый Томас Юнг поставил опыт, в котором можно было наблюдать явление интерференции света.
• Свет, пропущенный через узкую щель, падал на две близко расположенные щели, за которыми находился экран.
• На экране вместо ожидаемых двух светлых полос появлялись чередующиеся цветные полосы.

Схема опыта Юнга

Наблюдение интерференции в лабораторных условиях

Интерференционные максимумы

 

• Интерференционные максимумы наблюдаются в точках, для которых разность хода волн ∆d равна четному числу полуволн, или, что то же самое, целому числу волн:
•                             

Интерференционные минимумы

 

• Интерференционные минимумы наблюдаются в точках, для которых разность хода волн ∆d равна нечетному числу полуволн:

 

         

Интерференция в тонких пленках

 

• Мы много раз наблюдали интерференционную картину, когда наблюдали за мыльными пузырями, за радужным переливом цветов тонкой пленки керосина или нефти на поверхности воды.

Объяснение интерференции в тонких пленках

 

• Происходит сложение волн, одна из которых отражается от наружной поверхности пленки, а вторая — от внутренней.
• Когерентность волн, отраженных от наружной и внутренней поверхностей пленки, обеспечивается тем, что они являются частями одного и того же светового пучка.

Объяснение цвета тонких пленок

 

• Томас Юнг объяснил, что различие в цвете связано с различием в длине волны (или частоте световых волн).

 

• Световым пучкам различного цвета соответствуют волны различной длины.

 

Объяснение цвета тонких пленок

 

• Для взаимного усиления волн, отличающихся друг от друга длиной (углы падения предполагаются одинаковыми), требуется различная толщина пленки.

• Следовательно, если пленка имеет неодинаковую толщину, то при освещении ее белым светом должны появиться различные цвета.

Кольца Ньютона

 

• Простая интерференционная картина возникает в тонкой прослойке воздуха между стеклянной пластиной и положенной на нее плоско-выпуклой линзой, сферическая поверхность которой имеет большой радиус кривизны.

• Интерференционная картина имеет вид концентрических колец

Объяснение «колец Ньютона»

 

• Волна 1 отражается от нижней поверхности линзы, а волна 2 — от поверхности лежащего под линзой стекла.
• Волны 1 и 2 когерентны: они имеют одинаковую длину и постоянную разность фаз, которая возникает из-за того, что волна 2 проходит больший путь, чем волна 1.

Определение радиуса колец Ньютона

 

• Если известен радиус кривизны R поверхности линзы, то можно вычислить, на каких расстояниях от точки соприкосновения линзы со стеклянной пластиной разности хода таковы, что волны определенной длины λ гасят друг друга.
• Эти расстояния являются радиусами темных колец Ньютона, так как линии постоянной толщины воздушной прослойки представляют собой окружности.

Определение длины волны

 

• Зная радиусы колец, можно вычислить длину волны, используя формулу

 

 

• где R — радиус кривизны выпуклой поверхности линзы (k = 0,1,2,...), r — радиус кольца.

 

Дифракция света

 

• Дифракция света — отклонение волны от прямолинейного распространения при прохождении через малые отверстия и огибание волной малых препятствий.

 

Условие проявления дифракции:

 

 

 

• где d — характерный размер отверстия или препятствия, L — расстояние от отверстия или препятствия до экрана.

Наблюдение дифракции света

 

• Дифракция приводит к проникновению света в область геометрической тени

Соотношение между волновой и геометрической оптикой

 

 

• Одно из основных понятий волновой теории — фронт волны.
• Фронт волны — это совокупность точек пространства, до которых в данный момент дошла волна.

Принцип Гюйгенса

 

• Каждая точка среды, до которой доходит волна, служит источником вторичных волн, а огибающая этих волн представляет собой волновую поверхность в следующий момент времени.

Объяснение законов отражения и преломления света с точки зрения волновой теории

 

• Пусть плоская волна падает под углом на границу раздела двух сред.
• Согласно принципу Гюйгенса, каждая точка этой границы сама становится источником сферических волн.
• Волны, идущие во вторую среду, формируют преломленную плоскую волну.
• Волны, возвращающиеся в первую среду, формируют отраженную плоскую волну.

Отражение света

 

• Фронт отраженной волны BD образует такой же угол с плоскостью раздела двух сред, что и фронт падающей волны AC.
• Эти углы равны соответственно углам падения и отражения.
• Следовательно, угол отражения равен углу падения.

Преломление света

 

• Фронт падающей волны AC составляет больший угол с поверхностью раздела сред, чем фронт преломленной волны.
• Углы между фронтом каждой волны и поверхностью раздела сред равны соответственно углам падения и преломления.
• В данном случае угол преломления меньше угла падения.

Закон преломления света

 

• Расчеты показывают, что отношение синусов этих углов равно отношению скорости света в первой среде к скорости света во второй среде.
• Для данных двух сред это отношение постоянно.
• Отсюда следует закон преломления: отношение синуса угла падения к синусу угла преломления постоянно для данных двух сред.

Физический смысл показателя преломления

 

 

• Абсолютный показатель преломления равен отношению скорости света c в вакууме к скорости света v в данной среде:
•                          

Вывод

 

• Законы геометрической оптики являются следствиями волновой теории света, когда длина световой волны намного меньше размеров препятствий.

 

Prezentacii.com

 

1

 

2

 

3

 

4

 

5

 

6

 

7

 

8

 

9

 

10

 

11

 

12

 

13

 

14

 

15

 

16

 

17

 

18

 

19

 

20

 

21

 

22

 

23

 

24

 

25

 

26

 

27

 

28

 

29

 

30