Волновая оптика. Интерференция волн от двух точечных источников

1. 11 класс (обобщающее повторение)

Составили:
Голова ИВ учитель физики МОУ СОШ N5
Турова НГ учитель физики МОУ СОШ N26
Яровикова ТВ учитель физики МОУ СОШ N28
Руководитель: Разинкина ЕМ
Магнитогорск
февраль 2004

2. Оглавление

Интерференция механических волн
Интерференция света
Дифракция механических волн
Дифракция света
Дифракционная решетка
Поляризация света
Дисперсия света

3. Интерференция волн от двух точечных источников

Интерференцией называют явление
изменения амплитуды
результирующих колебаний в
результате сложения двух или
нескольких волн от когерентных
источников
Условие max :
Условие min :
(где к - целое число, ∆d- разность хода)

4. Интерференция света

Интерференция света - явление
наложения друг на друга световых
волн от когерентных источников.
Когерентные источники - источники,
создающие колебания с равными
частотами и не изменяющейся со
временем разностью фаз.
Интерференцию света можно
наблюдать, если два луча от одного
источника S(так как эти лучи от одного
источника, то их можно считать
когерентными), помещённого в фокусе
линзы, пройдут разные оптические
пути. Для этого можно на пути одного
из лучей поместить, стекло(или чтонибудь иное).
В точке M на рисунке лучи имеют
оптическую разность хода
d=nd-d=d(n-1).

5. Интерференция в тонких пленках

Интерференция в тонких
плёнках наблюдается в
случае, когда на
плоскопараллельный слой
толщины d падает пучок
лучей. В точке C отражённый
луч 2` и луч
1``,преломившийся в стекле,
имеют оптическую разность
хода
d=(AD+DC)n-BC.
Интерференционная картина
подобного типа наблюдается
при отражении света от тонкой
мыльной плёнки.

6. Кольца Ньютона

Кольцами Ньютона называется
интерференционная картина, которая
образуется в простейшем случае на
плоско-выпуклой линзе,
соприкасающейся в точке O c
плоскопараллельной пластиной. Луч
1, дважды прошедший воздушный
зазор, в точке C интерферирует с
лучом 2. Интерференционная картина
имеет вид светлых и тёмных колец,
поскольку все точки кольца с
радиусом r имеют одинаковую
оптическую разность хода и дают
либо усиление, либо ослабление
света.
Радиусы светлых колец Ньютона:
Радиусы тёмных колец Ньютона:

7. Кольца Ньютона (зависимость радиуса колец от длины световой волны и радиуса кривизны линзы)

8. Дифракция механических волн

Дифракцией называется явление
огибания волнами препятствий.
Дифракцию можно наблюдать для любых
волн: электромагнитных (в том числе
световых), упругих (звуковых), волн на
поверхности воды. Наиболее заметно
дифракция
проявляется в условиях, когда
.
размер препятствия соизмерим с длиной
волны. Именно поэтому явление
дифракции нагляднее всего
демонстрируется с помощью волн на
поверхности воды, которые имеют размер,
заметный невооруженным глазом.

9. Дифракция света

Äèôðàêöèåé ñâåòà íàçûâàåòñÿ ÿâëåíèå îòêëîíåíèÿ ñâåòà îò
ïðÿìîëèíåéíîãî íàïðàâëåíèÿ ðàñïðîñòðàíåíèÿ ïðè ïðîõîæäåíèè ó êðàÿ
ïðåïÿòñòâèÿ. Åñëè íà ïóòè ïàðàëëåëüíîãî ñâåòîâîãî ïó÷êà ðàñïîëîæåíî
êðóãëîå ïðåïÿòñòâèå (êðóãëûé äèñê, øàðèê èëè êðóãëîå îòâåðñòèå â
íåïðîçðà÷íîì ýêðàíå), òî íà ýêðàíå, ðàñïîëîæåííîì íà äîñòàòî÷íî áîëüøîì
ðàññòîÿíèè ïîÿâëÿåòñÿ ñèñòåìà ÷åðåäóþùèõñÿ ñâåòëûõ è òåìíûõ
êîëåö. Åñëè ïðåïÿòñòâèå èìååò ëèíåéíûé õàðàêòåð (ùåëü, íèòü, êðàé
ýêðàíà), òî íà ýêðàíå ïîÿâëÿåòñÿ ñèñòåìà ïàðàëëåëüíûõ äèôðàêöèîííûõ
ïîëîñ.
Òåîðèÿ äèôðàêöèîííûõ ÿâëåíèé áûëà ñîçäàíà ôðàíöóçñêèì ôèçèêîì
Ôðåíåëåì â 1818 ã. íà îñíîâå âîëíîâûõ ïðåäñòàâëåíèé. Ôðåíåëü äîïîëíèë
ïðèíöèï Ãþéãåíñà èäååé îá èíòåðôåðåíöèè âòîðè÷íûõ âîëí. Ýòî ïîçâîëèëî
âûïîëíèòü ðàñ÷åò äèôðàêöèîííûõ êàðòèí îò ðàçëè÷íûõ ïðîñòûõ
ïðåïÿòñòâèé.

10. Красочные проявления дифракции света.

11. Опыт Юнга

Дифракция световых волн
обуславливает отклонение от
закона прямолинейного
распространения света.
Она объясняется на основе
волновой теории света. Согласно
принципу Гюйгенса-Френеля
каждую точку волнового фронта
можно рассматривать как точечный
источник вторичных световых
волн, которые распространяются
по различным направлениям и
проникают, таким образом, в
область геометрической тени.
Вторичные волны когерентны и за
препятствием интерферируют.
Опыт Юнга подтверждает это.

12. Дифракционная решетка

Ïðîñòåéøàÿ äèôðàêöèîííàÿ ðåøåòêà
ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ñèñòåìó óçêèõ
ïàðàëëåëüíûõ ùåëåé, ðàñïîëîæåííûõ
íà îäèíàêîâîì ðàññòîÿíèè äðóã îò
äðóãà.
Åñëè íà ðåøåòêó íîðìàëüíî ïàäàåò
ìîíîõðîìàòè÷åñêèé ïó÷îê ñâåòà, òî
ïîñëå ðåøåòêè ñâåò
ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ ïî íåñêîëüêèì
íàïðàâëåíèÿì. Åñëè çà ðåøåòêîé
ïîñòàâèòü ñîáèðàþùóþ ëèíçó, òî â
åå ôîêàëüíîé ïëîñêîñòè áóäóò
íàáëþäàòüñÿ äèôðàêöèîííûå
ìàêñèìóìû ðàçëè÷íûõ ïîðÿäêîâ. Ýòè
ìàêñèìóìû íàçûâàþòñÿ ãëàâíûìè.
Ïó÷êè ñâåòà, îáðàçóþùèå ãëàâíûå
ìàêñèìóìû, ðàñïðîñòðàíÿþòñÿ ïîñëå
ðåøåòêè â íàïðàâëåíèÿõ,
îïðåäåëÿåìûõ ôîðìóëîé ðåøåòêè:
d sinθ = m λ
Çäåñü d - ïåðèîä ðåøåòêè, λ äëèíà ñâåòîâîé âîëíû, m - öåëîå
÷èñëî, íàçûâàåìîå ïîðÿäêîì
äèôðàêöèîííîãî ìàêñèìóì .

13. Дифракция на различных препятствиях

14.

Дифракция на двух щелях. Когда ширина
каждой щели b изменяется, а расстояние
между щелями d остается постоянным, то
при уменьшении b ширина дифракционной
картины увеличивается, а ее яркость
уменьшается. При этом период
интерференционных полос остаётся
неизменным.
Дифракция на двух щелях. Когда ширина
щелей b остается постоянной (1000 нм) а
расстояние d между щелями изменяется в
диапазоне 1000-10000 нм. Длина волны
света - 600 нм. Частота следования
интерференционных полос увеличивается
пропорционально расстоянию d между
щелями, в то время как ширина
дифракционной картины остаётся
неизменной и зависит только от b.
Дифракция на одной щели. Ширина b
щелей изменяется в диапазоне 500-1500
нм, длина волны света - 600 нм.

15. Поляризация света

Поляризация света - совокупность явлений
волновой оптики, в которых проявляется
поперечность световых волн.
Электромагнитная световая волна
называется плоскополяризованной, если
направление колебаний векторов E и B в
этой волне строго фиксированы и лежат в
определённых плоскостях.
Плоскополяризованная световая волна
называется поляризованным светом.
Электромагнитная световая волна
называется
естественной(неполяризованной), если
направление колебаний векторов E и B в
этой волне могут лежать в любых
плоскостях, перпендикулярных к вектору
скорости распространения волны.
Естественная световая
волна(неполяризованная) называется
естественным светом.
Поляризатор - устройство, которое служит
для преобразования естественного света в
поляризованный.
Анализатор - устройство позволяющее
определить плоскость поляризации.

16. :

Существуют различные оптические устройства, с помощью которых
неполяризованный свет можно превратить в поляризованный (например-кристалл
турмалина).Таким же свойством обладают поляроиды. Поляроид представляет
собой тонкую пленку кристалла герапатита.После прохождения неполяризованного
света через поляроид, свет становится линейно поляризованным, тоесть в нем
присутствуют колебания в одной определенной плоскости.
:
Поляроиды применяются для получения поляризованного
света и его
анализа(поляризаторы и анализаторы).
Если естественный свет проходит через два последовательно установленных
поляризатора, то интенсивность прошедшего света зависит от угла между осями
поляроидов.(показано на рисунке).

17. Линейная поляризация

18.

без поляризатора
с поляризатором
C помощью поляризатора можно притемнить яркий свет неба
по сравнению с другими объектами съемки.
Земная атмосфера сильнее всего рассеивает синюю составляющую солнечного излучения,
пропуская желтую и красную, поэтому дневной свет можно условно разделить на две
компоненты: прямые солнечные лучи красного и желтого цвета и рассеянный синий свет неба.
Делая фотографии, вы должны были заметить, что предметы, попадающие под яркие прямые
солнечные лучи, получаются желтоватых, красноватых оттенков. Более естественную окраску
приобретают предметы, освещенные рассеянным светом. Синие лучи поляризованы в большей
степени, чем красные и желтые, поэтому поворотом поляризатора вы можете не только
изменить насыщенность неба, но и придать ему красноватый оттенок.

19. Дисперсия света

Дисперсией света называют
зависимость показателя
преломления света от его длины
волны (или частоты)
Дисперсия света на стеклянной
призме позволяет разложить
световой пучок на спектральные
составляющие,
распространяющиеся под разными
углами к первоначальному
направлению