Слайд 3

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.

Слайд 4

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.

Слайд 5

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.

Слайд 6

Схема опыта Юнга

Слайд 7

Наблюдение интерференции в лабораторных условиях

Слайд 8

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.

Слайд 9

Интерференционные минимумы

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

Слайд 10

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.

Слайд 11

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.

Слайд 12

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.

Слайд 13

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

Слайд 14

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

Слайд 15

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.

Слайд 16

Интерференционная картина имеет вид концентрических колец.

Слайд 17

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.

Слайд 18

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.

Слайд 19

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.

Слайд 20

Дифракция света

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

Слайд 21

Условие проявления дифракции

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

Слайд 22

Наблюдение дифракции света

Дифракция приводит к проникновению света в область геометрической тени

Слайд 23

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.

Слайд 24

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.

Слайд 25

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.

Слайд 26

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.

Слайд 27

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.

Слайд 28

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.

Слайд 29

Физический смысл показателя преломления

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

Слайд 30

Вывод

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

Посмотреть все слайды

ДИФРАКЦИЯ СВЕТА

УРОК ФИЗИКИ - ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА, С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ

ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ

ТЕХНОЛОГИЙ

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ:

КУРНОСОВА СВЕТЛАНА АЛЕКСАНДРОВНА

ПЛАН УРОКА

1. Дифракция механических волн.

2. Дифракция света:

а) Опыт Юнга;

б) Принцип Гюйгенса-Френеля;

в) Условия наблюдения дифракции света.

3. Применение дифракции света.

4. Дифракционная решетка.

5. Закрепление урока.

6. Домашнее задание.

ЦЕЛЬ УРОКА

1. Изучить условия возникновения дифракции волн.

2. Объяснить явление дифракции света, используя принцип Гюйгенса-Френеля.

3.Убедиться, что дифракция свойственна свету.

ДИФРАКЦИЯ

МЕХАНИЧЕСКИХ ВОЛН

ПРОЯВЛЯЕТСЯ КАК:

нарушение

целостности фронта световой волны

из-за неоднородности среды

нарушение закона

прямолинейного

распространения света.

ЗАДАЧИ

1.ПОЧЕМУ МОЖНО СЛЫШАТЬ СИГНАЛ АВТОМОБИЛЯ ЗА УГЛОМ ЗДАНИЯ, КОГДА САМОЙ МАШИНЫ НЕ ВИДНО?

2. ПОЧЕМУ МЫ КРИЧИМ В ЛЕСУ, ЧТОБЫ НЕ ПОТЕРЯТЬ СВОИХ ДРУЗЕЙ?

Когда размеры препятствий малы, волны, огибая края препятствий, смыкаются за ними. Способность огибать препятствия обладают звуковые волны

"Свет распространяется или рассеивается не только

прямолинейно, отражением и преломлением,

но и также четвертям способом - дифракцией" (Ф.Гримальди 1665г.)

Дифракционные явления были хорошо известны еще во времена Ньютона.

Первое качественное объяснение явления дифракции на основе волновых представлений было дано английским ученым Т. Юнгом.

ОПЫТ Т. ЮНГА

Свет от Солнца падал на экран с узкой щелью S.Прошедшая через щель световая волна затем падала на второй экран уже с двумя щелями S1 и S2. Когда в область перекрытия световых волн, идущих от S1 и S2 помещался третий экран, то на нем появлялись параллельные интерференционные полосы, содержащие (по словам Юнга) «красивое разнообразие оттенков, постепенно переходящие один в другой». Именно с помощью этого опыта Юнг смог измерить длины волн световых лучей разного цвета.

Дифракция - явление распространения

света в среде с резкими

неоднородностями (вблизи границ прозрачных

и непрозрачных тел,

сквозь малые отверстия).

ПРИНЦИП ГЮЙГЕНСА-ФРЕНЕЛЯ

Дифракционная картина является

результатом интерференции вторичных световых волн, возникающих в каждой

точке поверхности, достигнутой к какому-либо моменту данной световой волной.

Длина волны;

D- размер препятствия;

l-расстояние от препятствия до точки наблюдения результата дифракции (дифракционной картины)

Условие наблюдения дифракции:

Примеры дифракционных картин

от различных препятствий

от круглого отверстия;

от тонкой проволоки или щели;

от круглого экрана;

ДИФРАКЦИОННАЯ РЕШЕТКА

(СОВОКУПНОСТЬ БОЛЬШОГО ЧИСЛА РЕГУЛЯРНО РАСПОЛОЖЕННЫХ ЩЕЛЕЙ И ВЫСТУПОВ, НАНЕСЕННЫХ НА НЕКОТОРУЮ ПОВЕРХНОСТЬ)

ПРОЗРАЧНЫЕ

ОТРАЖАТЕЛЬНЫЕ

Штрихи наносятся на зеркальную (металлическую) поверхность

Штрихи наносятся на прозрачную (стеклянную) поверхность

ФОРМУЛА ДИФРАКЦИОННОЙ РЕШЕТКИ

dsinα=n

d- период дифракционной решетки;

n- порядок максимума;

Угол, под которым наблюдается максимум дифракционной решетки;

Длина волны.

Разложение белого света в спектр

Задачи на дифракцию света

1. На поверхности лазерного диска

видны цветные полоски.

Почему?

2. Подумайте как можно быстро

изготовить дифракционную решетку.

Ответы на задачи

1. Поверхность лазерного диска состоит из ячеек, которые играют роль щелей дифракционной решетки. Цветные полосы – это дифракционная картина.

2. Если посмотреть сквозь ресницы глаз на яркий свет, то можно наблюдать спектр. Ресницы глаз можно считать «грубой» дифракционной решеткой, так как расстояние между ресничками глаза достаточно большое.

Задачи на дифракцию света

1. НА ДИФРАКЦИОННУЮ РЕШЕТКУ,

ИМЕЮЩУЮ 500 ШТРИХОВ НА КАЖДОМ МИЛЛИМЕТРЕ,

ПАДАЕТ СВЕТ С ДЛИНОЙ ВОЛНЫ450 НМ.

ОПРЕДЕЛИТЕ НАИБОЛЬШИЙ ПОРЯДОК МАКСИМУМА,

КОТОРЫЙ ДАЕТ ЭТА РЕШЕТКА.

• 2. Дано СИ Решение
• d= мм= м Максимальный порядок max можно
• найти взяв максимальный угол
• =450нм= 45*10 -8 м при прохождении через щели
• n max - ? решетки т.е. α max =90 0
• dsinα= n ; n max = ;
• n max = =4
• Ответ: n max =4

• § 48 - 50

• Экспериментальные задачи:

• В куске картона сделайте иглой отверстие и посмотрите через него на раскалённую нить электрической лампы. Что вы видите? Объясните. Посмотрите на нить электрической лампы через птичье перо, батистовый платок или капроновую ткань. Что вы наблюдаете? Объясните.
• В куске картона сделайте иглой отверстие и посмотрите через него на раскалённую нить электрической лампы. Что вы видите? Объясните.
• Посмотрите на нить электрической лампы через птичье перо, батистовый платок или капроновую ткань. Что вы наблюдаете? Объясните.

Итоги урока:

• Дифракция механических волн.

2. Опыт Юнга.

3. Принцип Гюйгенса – Френеля.

4. Дифракция света.

5. Дифракционная решетка.

• На поверхность стекла наносят тонкую пленку

Просветленная оптика

Отражение света для крайних участков спектра - красного и фиолетового - будет меньшим. Объектив имеет сиреневый оттенок.

• Отклонение направления распространения волн от прямолинейного у границы преграды (огибание волнами препятствий)
• Условие: размеры препятствия должны быть сравнимы с длиной волны

Опыт Гримальди

• В середине 17-го века итальянский ученый Франческа Мария Гримальди наблюдал странные тени от небольших предметов, помещенных в очень узкий пучок света. К удивлению ученого, эти тени не имели резких границ, а были почему-то окаймлены цветными полосами.

Условия наблюдения

• - размеры препятствия должны быть соизмеримы с длиной световой волны
• - расстояние от препятствия до точки наблюдения должно быть гораздо больше размеров препятствия

В результате дифракции накладываются световые волны, приходящие из разных точек (когерентные волны), и наблюдается интерференция волн

Дифракция проявляется в нарушении прямолинейности распространения света!

Принцип Гюйгенса Френеля

• Каждая точка волнового фронта является источником вторичных волн, причем все вторичные источники когерентны.

• Френель доказал прямолинейность распространения света и рассмотрел количественно дифракцию на различного рода препятствиях.

Особенности

дифракционной картины

Объяснение

Размеры изображения щели

больше размеров,

полученных путем

геометрических

построений

Вторичные волны заходят за

края щели

Особенности

дифракционной картины

Объяснение

В центре картины возникает

светлая полоса

Вторичные волны в

направлении,

перпендикулярном щели,

имеют одинаковую

фазу. Поэтому при их

наложении амплитуда

колебаний увеличивается

Особенности дифракционной

Объяснение

По краям картины - чередование

светлых и темных полос

Вторичные волны интерферируют

в направлении под углом к

перпендикуляру к щели,

имея некоторую разность фаз, от

которой зависит результирующая

амплитуда колебаний

• Дифракция не позволяет получить отчетливые изображения мелких предметов, так как свет огибает предметы.
• Изображения получаются размытыми. Это происходит, когда линейные размеры предметов меньше длины световой волны.

Разрешающая способность микроскопа и телескопа

Если две звезды находятся на малом угловом расстоянии друг от друга, то эти кольца налагаются друг на друга, и глаз не может различить, имеются ли две светящиеся точки или одна.