Тема 11. Явления, объясняемые волновыми свойствами света Тема 11.1 Явление интерференции

1. Интерференция волн

2. Интерференция света, и бипризма Френеля

3. Интерференция в тонких плёнках, клине

1. Интерференция волн

Явление наложения 2-ух или нескольких когерентных волн, в результате которого в одних местах происходит усиление колебаний, в других ослабление, называется интерференцией.

Волны будут когерентными, если у них одинаковая частота и разность фаз со временем не меняется.

В ыясним, при каких условиях когерентные волны, складываясь, дают max усиление колебаний, а при каких ослабление.

R₁ – ход волны от 1-го источника волн до точки А

R₂ – ход волны от 2-го источника волн до точки А

R= R₂-R₁ – разность хода волн

, где k=0, 1, 2, 3… - условие максимального усиления колебаний

Если на разность хода волн укладывать чётное число полуволн, то это условие того, что в данную точку волны приходят в одинаковой фазе и в этой точке наблюдается max усиление колебаний.

, где k=0, 1, 2, 3… - условие максимального ослабления колебаний

2. Интерференция света, и бипризма Френеля

Явление интерференции света от двух независимых источников света наблюдать невозможно, т.к. они будут некогерентными. Френель предполагал иной способ наблюдения интерференции света. Для этого берётся один источник света и с помощью оптических систем (зеркал, призм) свет делится на 2 световых потока, которые будут когерентными, затем эти световые потоки складываются и на экране можно наблюдать явление интерференции: в одних местах – усиление, образуется яркая полоска, в других – ослабление и образуется темная полоска. Т.о. экран освещён неравномерно.

3. Интерференция в тонких плёнках, клине

Если на тонкую прозрачную плёнку направить монохроматичный пучок света (одного цвета, длины волны), то он частично отразится от верхней поверхности 1’ и при этом потеряет половину длины волны (отразится в противофазе). Частично проходит до второй границы плёнки и отразит от неё 2’ в той же фазе. Эти лучи будут когерентными, интерферируя, они могут друг друга усиливать или ослаблять. Зависит это от длины волны, толщины плёнки и показателя преломления вещества плёнки. Разность хода отражённых лучей = удвоенной толщине плёнки. Если на удвоенную толщину плёнки укладывать нечётное число полуволн, то это будет условием того, что отражающиеся лучи друг друга усиливают и в отражающемся свете плёнка будет светлой.

Если плёнку освещать белым светом, то она становится цветной, приобретая цвет той длины волны, для которой выполняется условие усиление отражения лучей. Если плёнка неодинаковой толщины, то в разных местах при освещении белым светом плёнка приобретает разный цвет.

Тема 11.2 Явление дифракции

1. Дифракция волн, света

2. Дифракционная решётка. Определение длины световой волны с помощью дифракционной решётки.

1. Дифракция волн, света

Явление огибания волнами препятствий называется дифракцией. Дифракцию можно наблюдать при определённых условиях:

1. если размеры препятствий соизмеримы с длиной волны

2. дифракцию можно наблюдать от препятствий большего размера, но на сравнительно большем расстоянии

3. явление дифракции можно наблюдать у волновых процессов.

О бъясним дифракцию:

Если на пути световых волн поместить непрозрачное препятствие в виде диска, размер которого больше длины волны, то на экране образуется тень с чёткими границами и дифракции не наблюдается.

Е сли размеры препятствия уменьшить до размеров длины волны, то границы тени становятся нечёткими. По центру образуется светлый круг, окружённый тёмным кольцом, вслед за тёмным кольцом – светлое и т.д. Объяснить это можно, используя принцип Гюйгенса. Согласно этому принципу каждая точка фронта волны является самостоятельным, когерентным источником света. Эти вторичные волны, интерферируя в одних местах экрана, дают усиления колебаний, в других – ослабления.

Вторичные волны от точек фронта находятся по краям диска. Точки A и B в точку О приходят в одинаковой фазе и поэтому друг друга усиливают и образуют светлое пятно. Рядом со светлым образуется тёмное кольцо, это значит, что в эти точки экрана волны приходят в противофазе и друг друга гасят.

Установлено, что чем больше размер препятствия, тем уже светлые и тёмные кольца на экране. При определённых размерах препятствий, кольца становятся не различимы. Для того, чтобы можно было их увидеть, необходимо увеличить рост между препятствием и экраном.

Вывод: дифракция происходит на препятствиях любых размеров, но наблюдается только при определённых условиях.

2. Дифракционная решётка. Определение длины световой волны с помощью дифракционной решётки.

Д ифракционная решётка представляет собой прозрачную для света пластинку, разлинованную параллельными линиями. Таких линий на 1 мм может быть более 1000. Сами линии для света непрозрачные, свет проходит между линиями.

a + b = d – период дифракционной решётки, для данной решётки величина постоянная и известная.

- формула расчёта длины световой волны с помощью дифракционной решётки.

Если на решетку направить белый свет, то разные длины волн интерферируя дают усиления в разных местах экрана, поэтому на экране мы будем видеть спектр, цвета в нём расположены в порядке увеличения длины волны.