41

Федеральное агентство по здравоохранению и социальному развитию

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ

ХИМИКО-ФАРМАЦЕВТИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

Кафедра физики

ВОЛНОВАЯ ОПТИКА

Методические указания

по курсу

«ФИЗИКА И БИОФИЗИКА»

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2007

УДК 535.4,5,8

Даны методические указания по изучению раздела волновой оптики курса «Физика и биофизика» для студентов биотехнологического и фармацевтического факультетов в соответствии с учебной программой. Приведены примеры использования законов и контрольные вопросы.

Утверждены методической комиссией биотехнологического факультета СПХФА ….

Составители

докт. физ.-мат. наук, проф. А.М. Скворцов,

канд. физ.-мат. наук, доц. И.В. Павлушков,

ст. преп. Л.А. Палевич

Под общей редакцией

докт. физ.- мат. наук, проф. А. М. Скворцова

Санкт-Петербургская государственная

химико-фармацевтическая академия, 2007

ЗАНЯТИЕ № 1

Тема: ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ СВЕТА

1. Условия ослабления и усиления световых волн

Интерференцией называется наложение двух волн, приводящее к устойчивой картине усиления колебаний в одних точках пространства и ослаблению – в других. Интерферировать могут только когерентные (согласованные) волны, обладающие одинаковой частотой, постоянной разностью фаз и одинаковой поляризацией.

Свет от двух независимых источников – некогерентный, так как атомы излучают несогласованно. Обеспечить когерентность можно, если разделить свет какого-либо одного источника на две части, а затем свести их снова вместе. Такое разделение света можно осуществить, например, используя два зеркала (зеркала Френеля).

Для того, чтобы получить два когерентных источника света, Френель предложил поставить источник света перед двумя зеркалами, наклоненными друг к другу под небольшим углом (рис. 1).

Рис. 1. Ход лучей в зеркалах Френеля

Перед зеркалами помещается источник света S. Вы уже знаете, что изображение светящейся точки в плоском зеркале получится за зеркалом на перпендикуляре, опущенном из светящейся точки на зеркало. S₁ и S₂ – мнимые изображения источника S. Их можно рассматривать как два источника когерентных световых волн, которые интерферируют в заштрихованной области.

Другой способ создания когерентных источников предложил Юнг. В качестве источника света он взял щель (рис. 2), через которую проходили световые волны. Эти волны попадали на две другие щели В₁ и В₂ и, согласно принципу Гюйгенса, создавали вторичные волны, которые являются когерентными и интенферируют друг с другом.

Рис. 2. Схема опыта Юнга

Еще одним из простых способов получения когерентных источников является зеркало Ллойда. Расходящийся под небольшим углом пучок света от источника S падает на плоское зеркало и интерферирует со своим изображением S₁ (рис. 3). Интерференционная картина наблюдается на экране, установленном перпендикулярно плоскости зеркала.

Рис. 3. Схема опыта получения когерентных источников с зеркалом Ллойда

Для световых волн (как и для всяких волн) справедлив принцип суперпозиции. Это означает, что суммарное электрическое (и магнитное) поле от двух световых волн (рис. 4), приходящих в какую-либо одну точку, равно векторной сумме отдельных полей от каждой из волн: .

Рис. 4. Интерференция света от двух источников

Если поля и имеют противоположное направление, то при их одинаковой величине результирующее поле окажется равным нулю. В этом случае

СВЕТ + СВЕТ = ТЕМНОТА

Такая ситуация, очевидно, возникает, когда разность хода равна нечетному числу полуволн (рис. 5а). На рис. 5а показана ситуация, когда разность хода r = r₂ – r₁ равна трем полуволнам .

Итак, условие взаимного гашения волн (условие минимума интенсивности света на экране):

Минимальная интенсивность света от двух источников будет в тех местах, где разность хода составляет нечетное число полуволн.

Максимальная интенсивность света будет в тех местах, где разность хода составит четное число полуволн, то есть целое число длин волн (рис. 5б).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

Нарисуйте результирующую волну для случаев и r = .

От каких параметров результирующей волны зависит интенсивность света на экране?

Рис. 5. Взаимное ослабление а) и усиление б) волн при интерференции