§2.3. Самостійна робота
1. Перелік компетентностей другого змістового модуля
Необхідно зрозуміти:
Явище дифракції світла спостерігається в середовищах, які мають оптичні неоднорідності. Наслідком дифракції є відхилення світла від закону прямолінійного поширення.
Дифракція – це огинання світлом перешкод, розміри яких порівняні з довжинами хвиль.
Принцип Гюйгенса-Френеля дає можливість з хвильової точки зору пояснити закон прямолінійного поширення світла.
Метод зон Френеля, а також метод спіралі Френеля дає простий метод знаходження амплітуди результуючої хвилі.
Дифракцію в паралельних променях, що вивчалася Фраунгофером.
Треба вміти:
Виводити формули для визначення максимумів і мінімумів у методі Юнга.
Визначити різницю ходу між когерентними хвилями.
Довести формули для різниці ходу на плоскопаралельній пластині у відбитому та прохідному світлі, та записати умови максимуму та мінімуму.
Пояснити лінії однакового нахилу та однакової товщини.
Пояснити практичне застосування інтерференції світла (інтерферометри, кільця Ньютона, просвітлення оптики, вимірювання малих кутів, тощо).
Застосовувати метод зон та спіралі Френеля для різних випадків дифракції світла.
Довести умови максимумів і мінімумів для однієї щілини.
Довести умови максимумів і мінімумів для дифракційної решітки.
Пояснити практичне застосування дифракційної решітки як оптичного приладу.
Слід запам’ятати:
Когерентних джерел світла в природі не існує.
Засоби отримання когерентних джерел світла.
Оптична різниця ходу – це основна величина, яка визначає інтерференційну картину.
Умови максимуму і мінімуму інтерференції світла.
Явища дифракції так само, як й інтерференції, підтверджують хвильові властивості світла.
Про дифракцію світла ми судимо по спостереженню інтерференційної картини хвиль, які зазнали дифракцію.
Доведення закону прямолінійного поширення світла за допомогою метода зон Френеля.
Формули:
– оптична
різниця ходу;
– різниця ходу в методі Юнга, бідзеркалах
і біпризмі Френеля;
інтенсивність
світла прямо пропорційна амплітуді
хвилі у квадраті;
– різниця
ходу для відбитого від пластинки світла;
– різниця
ходу для прохідного світла;
d·
– умова min
дифракції на щілині;
d·
– умова max
дифракції на щілині;
d·
– умови
головних максимумів дифракції решітки;
Д=
–
кутова дисперсія дифракційної решітки;
–
роздільна
здатність дифракційної решітки;
–
формула
Вульфа-Брегга.
2. Питання для самоконтролю другого змістового модуля
Що таке когерентні джерела світла?
Яке явище називається інтерференцією?
Якими засобами можливо створити когерентні джерела світла?
Поясніть метод створення когерентних джерел засобом Юнга. Чому одержані джерела когерентні?
Як виводиться формула Юнга для різниці ходу двох когерентних хвиль?
Як виглядає інтерференційна картина на екрані в досліді Юнга (для джерела монохроматичного світла та для джерела білого світла)?
Яка умова максимумів та мінімумів у інтерференційній картині Юнга?
В чому суть досліду Френеля з бідзеркалами?
Намалюйте схему досліду Френеля, яким повинен бути кут між дзеркалами, чому?
Як пояснити, що в досліді Френеля з бідзеркалами одержуються когерентні джерела світла?
За якою формулою можна розрахувати різницю ходу між когерентними хвилями в досліді Френеля з бідзеркалами?
У чому суть досліду Френеля з біпризмою?
Намалюйте схему досліду Френеля з бідзеркалами.
Чому екран розташовано від біпризми досить далеко?
За якою формулою розраховується різниця ходу між когерентними хвилями в досліді Френеля з біпризмою?
Які умови максимумів і мінімумів на екрані?
Як виглядає інтерференційна картина на екрані для монохроматичного, та білого світа?
У чому суть досліда Френеля з біпризмою?
Намалюйте схему досліду Френеля з білінзою.
Що є спільним в усіх чотирьох методах (Метод Юнга, бідзеркала Френеля, біпризма Френеля, білінза Френеля).
Чому паралельні промені, які падають на тонку плівку, при відбиванні дають інтерференційну картину? Намалюйте хід двох променів, які інтерферують у відбитому світлі.
Намалюйте хід двох променів, які інтерферують у прохідному світлі?
Покажіть, де буде геометрична різниця ходу між променями, які інтерферують?
Виведіть формули для оптичної різниці ходу між інтерферуючими променями у відбитому та прохідному світлі.
Що таке втрата півхвилі, коли вона відбувається, як вона змінює різницю ходу та різницю фаз між променями, як інтерферують?
Запишіть умови максимумів та мінімумів інтерференції у відбитому та прохідному світлі?
Чим відрізняються картини інтерференції у відбитому та прохідному світлі для монохроматичного світла, для білого світла (при однакових умовах спостереження)?
Що таке смуги рівної товщини?
Як смуги рівної товщини ви спостерігали? В яких лабораторних роботах спостерігається це явище?
Як отримати кільця Ньютона?
Які промені інтерферують у відбитому та прохідному світлі в картині кілець Ньютона?
Розрахуйте радіуси світлих та темних кілець Ньютона у відбитому та прохідному світлі, чим вони відрізняються, чому?
Для чого використовуються кільця Ньютона в лабораторних умовах?
Що таке геометрична різниця ходу між двома променями?
Що таке оптична різниця ходу між двома променями?
Як встановити зв'язок між різницею ходу та різницею фаз
?Як називаються полоси інтерференції, які ми спостерігаємо на клині?
Як можна спостерігати це явище в лабораторних умовах?
Для чого виконується явище інтерференції на клині?
Який принцип роботи інтерферометра Жамена? Намалюйте схему інтерферометра.
Чому за допомогою інтерферометра спостерігається інтерференційна картина? Яка фізична природа смуг інтерференції?
Чому зміщуються смуги інтерференції, коли на шляху одного променя розмістити трубку з газом або будь-яке прозоре тіло?
Який принцип роботи інтерферометра Майкельсона? Намалюйте схему інтерферометра.
Для чого служать дзеркала в інтерферометрі?
Однакова чи зміниться оптична різниця ходу, коли на шляху одного з променів інтерферометра Майкельсона розмістити трубку з газом, а потім таку ж трубку розмістити на шляху одного з променів інтерферометра Жамена? Чому?
Який з цих інтерферометрів більш чутливий?
Де використовуються інтерферометри Майкельсона і Жамена?
Для яких цілей використовується інтерферометр Лінника?
Як здійснюється «просвітлення» оптики?
Яке значення показника заломлення повинна мати «просвітлююча» плівка по відношенню до показника заломлення скла, яке «просвітлюється»? Чому?
Чому «просвітлений» об’єктив нам здається фіолетово-червоним?
Виведіть формулу для мінімальної товщини плівки, яка «просвітлює».
В чому зміст принципу Гюйгенса?
В чому зміст принципу Гюйгенса-Френеля?
Для чого використовується метод зон Френеля? В чому зміст цього методу?
Чому дорівнює амплітуда коливань світла від точкового джерела, яка спостерігається в центрі екрана, розташованого на деякій відстані від джерела?
Що називається дифракцією світла?
Який вид дифракції спостерігав Френель?
Поясніть явище дифракції Френеля на круглому отворі.
Поясніть явище дифракції Френеля на круглому екрані.
Що таке метод спіралі Френеля?
Які завдання можна виконувати за допомогою спіралі Френеля?
Чому Гюйгенс не зміг довести закон прямолінійного поширення світла, а Френель це зробив?
Що таке дифракція Фраунгофера?
Як пояснити дифракцію на одній щілині в паралельних променях?
Які умови дифракції на одній щілині (умови max i min)?
Як відносяться інтенсивності головного і наступних максимумів?
Що таке кут дифракції?
Як сформувати паралельний пучок променів, який падає на щілину?
Намалюйте малюнок та розкажіть про дифракцію на двох щілинах.
Які умови дифракції на двох щілинах?
Намалюйте та розкажіть про дифракцію на трьох, чотирьох і т. д. на N щілинах.
Запишіть умови максимумів i мінімумів на N щілинах.
Співставте ці умови та зробіть висновок.
Що таке головні максимуми?
Скільки головних максимумів має решітка з N щілинами?
Намалюйте графіки розподілу інтенсивностей залежно від кількості щілин, співставте та зробіть висновки.
Що таке дифракційна решітка?
Запишіть формулу дифракційної решітки.
Запишіть умови головних максимумів та мінімумів решітки.
Який вид мають зображення дифракційних максимумів, які одержаться за допомогою решітки при монохроматичному світлі?
Який вид мають дифракційні спектри решітки, якщо вони освітлюються білим світлом? Чому?