Slajd 3

Spójne fale

• Aby utworzyć stabilny wzór interferencji, źródła fal muszą być spójne.
• Fale o tej samej częstotliwości i stałej różnicy faz w czasie nazywane są spójnymi.
• Wszystkie źródła światła, z wyjątkiem laserów, są niespójne.

Slajd 4

Jak możemy zaobserwować interakcję światła?

• Aby zaobserwować interferencję światła, konieczne jest uzyskanie spójnych wiązek światła.
• Aby to zrobić, przed pojawieniem się laserów, we wszystkich instrumentach do obserwacji interferencji światła uzyskano spójne wiązki poprzez podzielenie, a następnie zbieżność promieni świetlnych pochodzących z jednego źródła światła.
• Wykorzystano do tego szczeliny, zwierciadła i pryzmaty.

Slajd 5

Doświadczenie Junga

• Na początku XIX wieku angielski naukowiec Thomas Young przeprowadził eksperyment, w którym można było zaobserwować zjawisko interferencji światła.
• Światło przechodzące przez wąską szczelinę padało na dwie blisko siebie rozmieszczone szczeliny, za którymi znajdował się ekran.
• Zamiast oczekiwanych dwóch jasnych pasków, na ekranie pojawiły się naprzemienne kolorowe paski.

Slajd 6

Schemat eksperymentu Junga

Slajd 7

Obserwacja zakłóceń w warunkach laboratoryjnych

Slajd 8

Maksima interferencji

Maksima interferencji obserwuje się w punktach, dla których różnica dróg fali ∆d jest równa parzystej liczbie półfali, czyli całkowitej liczbie fal.

Slajd 9

Minima zakłóceń

Minima interferencji obserwuje się w punktach, dla których różnica dróg fali ∆d jest równa nieparzystej liczbie półfal.

Slajd 10

Zakłócenia w cienkich warstwach

Wielokrotnie obserwowaliśmy wzór interferencyjny, obserwując bańki mydlane, opalizujące kolory cienkiej warstwy nafty lub oleju na powierzchni wody.

Slajd 11

Wyjaśnienie interferencji w cienkich warstwach

• Występuje kombinacja fal, z których jedna odbija się od zewnętrznej powierzchni folii, a druga od wewnętrznej.
• Spójność fal odbitych od zewnętrznej i wewnętrznej powierzchni folii zapewnia fakt, że są one częściami tej samej wiązki światła.

Slajd 12

Wyjaśnienie koloru cienkiej warstwy

• Thomas Young wyjaśnił, że różnice w kolorze wynikają z różnic w długości fali (lub częstotliwości fal świetlnych).
• Wiązki światła o różnych kolorach odpowiadają falom o różnej długości.

Slajd 13

Do wzajemnego wzmacniania się fal różniących się od siebie długością (zakłada się, że kąty padania są takie same) wymagane są różne grubości folii.

Slajd 14

Dlatego jeśli folia ma nierówną grubość, to po oświetleniu białym światłem powinny pojawić się różne kolory.

Slajd 15

Pierścienie Newtona

Prosty wzór interferencyjny występuje w cienkiej warstwie powietrza pomiędzy płytką szklaną a umieszczoną na niej płasko-wypukłą soczewką, której kulista powierzchnia ma duży promień krzywizny.

Slajd 16

Wzór interferencyjny ma postać koncentrycznych pierścieni.

Slajd 17

Wyjaśnienie „pierścieni Newtona”

• Fala 1 odbija się od dolnej powierzchni soczewki, a fala 2 odbija się od powierzchni szkła znajdującego się pod soczewką.
• Fale 1 i 2 są spójne: mają tę samą długość i stałą różnicę faz, co wynika z tego, że fala 2 pokonuje większą odległość niż fala 1.

Slajd 18

Wyznaczanie promieni pierścieni Newtona

• Znając promień krzywizny R powierzchni soczewki, można obliczyć, w jakich odległościach od punktu styku soczewki z płytką szklaną różnice dróg są takie, że fale o określonej długości λ znoszą się.
• Odległości te są promieniami ciemnych pierścieni Newtona, ponieważ linie o stałej grubości szczeliny powietrznej są okręgami.

Slajd 19

Wyznaczanie długości fali

Znając promienie pierścieni, długość fali można obliczyć ze wzoru, w którym R jest promieniem krzywizny powierzchni wypukłej soczewki (k = 0,1,2,...), r jest promieniem pierścień.

Slajd 20

Dyfrakcja światła

Dyfrakcja światła to odchylenie fali od propagacji prostoliniowej podczas przejścia przez małe otwory oraz załamanie fali wokół małych przeszkód.

Slajd 21

Warunek dyfrakcji

gdzie d to charakterystyczny rozmiar otworu lub przeszkody, L to odległość otworu lub przeszkody od ekranu.

Slajd 22

Obserwacja dyfrakcji światła

Dyfrakcja powoduje, że światło przenika do geometrycznego obszaru cienia

Slajd 23

Związek optyki falowej z geometryczną

• Jednym z podstawowych pojęć teorii fal jest czoło fali.
• Czoło fali to zbiór punktów w przestrzeni, do których aktualnie dotarła fala.

Slajd 24

Zasada Huygensa

Każdy punkt ośrodka, do którego dociera fala, służy jako źródło fal wtórnych, a otoczka tych fal reprezentuje powierzchnię fali w następnym momencie.

Slajd 25

Wyjaśnienie praw odbicia i załamania światła z punktu widzenia teorii fal

• Niech fala płaska spadnie pod kątem na granicę między dwoma ośrodkami.
• Zgodnie z zasadą Huygensa każdy punkt tej granicy sam w sobie staje się źródłem fal kulistych.
• Fale wędrujące do drugiego ośrodka tworzą załamaną falę płaską.
• Fale powracające do pierwszego ośrodka tworzą odbitą falę płaską.

Slajd 26

Odbicie światła

• Czoło fali odbitej BD tworzy z powierzchnią styku dwóch ośrodków ten sam kąt, co czoło fali padającej AC.
• Kąty te są równe odpowiednio kątom padania i odbicia.
• Dlatego kąt odbicia jest równy kątowi padania.

Slajd 27

Załamanie światła

• Przód padającej fali AC tworzy większy kąt z granicą między ośrodkami niż przód fali załamanej.
• Kąty między przodem każdej fali a granicą między ośrodkami są równe odpowiednio kątom padania i załamania.
• W tym przypadku kąt załamania jest mniejszy niż kąt padania.

Slajd 28

Prawo załamania światła

• Z obliczeń wynika, że ​​stosunek sinusów tych kątów jest równy stosunkowi prędkości światła w ośrodku pierwszym do prędkości światła w ośrodku drugim.
• Dla tych dwóch środowisk stosunek ten jest stały.
• Implikuje to prawo załamania światła: stosunek sinusa kąta padania do sinusa kąta załamania jest stały dla tych dwóch ośrodków.

Slajd 29

Fizyczne znaczenie współczynnika załamania światła

Bezwzględny współczynnik załamania światła jest równy stosunkowi prędkości światła c w próżni do prędkości światła v w danym ośrodku.

Slajd 30

Wniosek

Prawa optyki geometrycznej są konsekwencją falowej teorii światła, gdy długość fali światła jest znacznie mniejsza niż wielkość przeszkód.

Wyświetl wszystkie slajdy

Interferencja fal mechanicznych, dodawanie fal
Co dzieje się z falami dźwiękowymi, kiedy
rozmowa kilku osób podczas grania orkiestry,
śpiewa w chórze itp.?
Co zaobserwujemy wchodząc jednocześnie do wody?
spadają dwa kamienie
lub krople?

Prześledźmy to na modelu mechanicznym

Ingerencja.

Spójne fale.

Zakłócenia światła

Zakłócenia w cienkich warstwach.

Schemat eksperymentu Junga

Obserwacja zakłóceń w warunkach laboratoryjnych

Maksima i minima interferencji

Bańka

Pierścienie Newtona

Dyfrakcja to odchylenie od prostoliniowego rozchodzenia się fal.

Dyfrakcja fal świetlnych

Teoria Fresnela.

Odległość, na jaką linie na siatce powtarzają się, nazywana jest okresem siatki dyfrakcyjnej. Oznaczone literą d. Jeśli

Aby skorzystać z podglądu prezentacji utwórz konto Google i zaloguj się na nie: https://accounts.google.com

Podpisy slajdów:

Interferencja fal mechanicznych i światła. Nauczyciel fizyki S.V. Gavrilova

Optyka falowa Optyka falowa jest gałęzią optyki, w której światło rozpatrywane jest jako fala elektromagnetyczna.

Powtórzenie Co wiesz o falach elektromagnetycznych? Pole elektromagnetyczne rozchodzące się w przestrzeni. Prędkość w próżni jest najwyższa.

Przegląd Wymień właściwości fal elektromagnetycznych. Są odzwierciedlone; Prawo propagacji prostoliniowej jest spełnione; Załamany, odbity, pochłonięty; Spolaryzowany płaszczyznowo; Interferencja i dyfrakcja;

interferencja mechanicznych fal świetlnych i dźwiękowych

Fale o tej samej częstotliwości i stałej różnicy faz nazywane są spójnymi.

Zjawisko interferencji jest możliwe w przypadku superpozycji fal spójnych Fale spójne Wzmocnienie lub osłabienie fal w przestrzeni Nazywa się stałym w czasie zjawiskiem wzajemnego wzmacniania się i osłabiania oscylacji w różnych punktach ośrodka w wyniku superpozycji fal spójnych ingerencja. Warunki zakłócające

Warunki maksimów i minimów interferencji Warunek maksymalny Obserwuje się pasmo światła d 2, d 1 geometryczna droga promieni; d=d 2 -d 1 różnica dróg geometrycznych - różnica odległości od źródeł fal do punktu ich interferencji; Δ d = d∙n – różnica dróg optycznych – geometryczna różnica dróg pomnożona przez względny współczynnik załamania światła ośrodka. Warunek maksymalny Warunek max - amplituda drgań cząstek ośrodka w danym punkcie jest maksymalna, jeżeli różnica dróg dwóch fal wzbudzających drgania w danym punkcie jest równa całkowitej liczbie długości fal.

Warunki maksimów i minimów interferencji Warunek minimalny Warunek minimalny Zaobserwowano ciemne pasmo Warunek min - amplituda drgań cząstek ośrodka w danym punkcie jest minimalna, jeśli różnica torów dwóch fal drgań wzbudzających w tym punkcie jest równa nieparzysta liczba półfali

Rozkład energii podczas interferencji Fale niosą energię Podczas interferencji energia ulega redystrybucji Skoncentrowana w maksimach, nie wchodzi w minima

Historia odkrycia interferencji światła Zjawisko interferencji światła odkryto w 1802 roku, kiedy Anglik T. Young, lekarz, astronom i orientalista, człowiek o bardzo różnorodnych zainteresowaniach, przeprowadził klasyczny dziś „eksperyment z dwoma otworami” ”. 13 czerwca 1773 - 10 maja 1829

Interferencja światła Fale świetlne z różnych źródeł (z wyjątkiem laserów) są niespójne. Spójność osiąga się poprzez podzielenie światła z jednego źródła na części. Interferencja światła to zjawisko superpozycji wiązek światła, w wyniku którego powstaje wzór światła przemiennego i ciemne paski.

Klasyczny eksperyment Junga „Zrobiłem małą dziurkę w okiennicy i zakryłem ją kawałkiem grubego papieru, który przekłułem cienką igłą. Umieściłem pasek papieru o szerokości około jednej trzydziestej cala na drodze promienia słonecznego i obserwowałem jego cień na ścianie lub na ruchomym ekranie. Obok kolorowych pasków na każdej krawędzi cienia sam cień był podzielony identycznymi równoległymi paskami o małych rozmiarach, liczba pasków zależała od odległości, z której obserwowano cień, środek cienia zawsze pozostawał biały. Paski te powstały w wyniku połączenia części wiązki światła, która przechodziła po obu stronach paska i była odchylana, raczej ugięta, w obszar cienia. T. Jung udowodnił poprawność tego wyjaśnienia, eliminując jedną z dwóch części belki. Prążki interferencyjne zniknęły, chociaż prążki dyfrakcyjne pozostały. Doświadczenie to dobitnie wykazało, że światło nie jest strumieniem cząstek, jak sądzono od czasów Newtona, ale falą. Tylko fale, składane na różne sposoby, są w stanie zarówno wzmacniać, jak i znosić się nawzajem - zakłócać.

Wzór interferencji: naprzemienne jasne i ciemne paski Klasyczny eksperyment Younga Fale interferują w obszarze nakładania się Warunek max: Warunek min: d - optyczna różnica w drodze fali - długość fali

kolor Długość fali, nm Częstotliwość, THz czerwony 760-620 385-487 Pomarańczowy 620-585 484-508 żółty 585-575 508-536 zielony 575-510 536-600 niebieski 510-480 600-625 niebieski 480-450 625- 667 Fioletowy 450-380 667-789 Badając prążki interferencyjne, Young najpierw określił długość i częstotliwość fal świetlnych o różnych kolorach. Aktualne wartości podano w tabeli.

Dzięki swojej teorii interferencji Jung po raz pierwszy był w stanie wyjaśnić dobrze znane zjawisko - wielobarwne zabarwienie cienkich warstw (warstwy oleju na wodzie, bańki mydlane, skrzydła ważki...)

Interferencja w cienkich warstwach Spójne fale świetlne odbite od górnej i dolnej powierzchni zakłócają się. Wynik interferencji zależy od grubości folii, kąta padania promieni i długości fali światła. W świetle białym klisza ma kolor tęczy, ponieważ grubość folii nie jest taka sama, a maksima interferencji dla fal o różnej długości obserwuje się w różnych miejscach folii

Pierścienie Newtona. Fale 1 i 2 są spójne. Fala 1 odbija się od granicy szkło-powietrze Fala 2 odbija się od granicy powietrze-szkło W warstwie powietrza pomiędzy płytami szklanymi pojawia się wzór interferencyjny

Dziękuję za uwagę D.Z. §67-69