Часть 1

1. В чём состоит явление интерференции ? Как можно получить устойчивую интерференционную картину ? Устойчивую интерференционную картину можно получить, если источники света будут когерентны.

2. Какие источники света являются когерентными ? Являются ли когерентными две абсолютно одинаковые электрические лампочки ? Две одинаковые электрические лампы являются независимыми друг от друга источниками света. Световые волны, которые они излучают, не могут иметь постоянную разность фаз.

3. Пользуясь красным светом, получили интерференционную картину ( полосы ). Как изменится интерференционная картина, если воспользоваться фиолетовым светом ? Интерференционные полосы будут располагаться ближе друг к другу Световые волны, соответствующие разному цвету, имеют разную длину волны. Наименьшая длина волны у фиолетового света.

4. Как объяснить радужные полосы, наблюдаемые в тонком слое керосина на поверхности воды ? Радужные полосы возникают в результате интерференции световых волн, отраженных от верхней и нижней границ плёнки. Разность хода волн зависит от толщины плёнки и длины волны. Так как толщина плёнки неоднородна, то плёнки и будут окрашены в разные цвета.

5. Чем объясняется расцветка крыльев стрекоз, жуков и других насекомых ? Почему окраска крыльев меняется, если смотреть на них под разными углами ? Крылья насекомых покрыты тонкой плёнкой, толщина которой в разных местах разная. При падении лучей на тонкую пленку образуются интерференционные полосы равного наклона. Если смотреть на плёнку под разными углами, то положение полос будет изменяться.

6. Если мыльную плёнку расположить вертикально, то цветные горизонтальные полосы будут с течением времени перемещаться вниз, несколько изменяя свою ширину. Через некоторое время в верхней части плёнки возникнет быстро увеличивающееся чёрное пятно, а затем плёнка лопнет. Объясните явление. Вода внутри плёнки будет стекать вниз, толщина плёнки изменяется, утолщаясь к низу. Вместе с перемещением толщины плёнки, перемещаются интерференционные полосы. Когда толщина плёнки вверху станет меньше ¼ длины световой волны, при интерференции отраженных от плёнки лучей будет происходить гашение волн всех длин.

Часть 2

Дифракция механических волн

Дифракция - отклонение от прямолинейного распространения волн, огибание волнами препятствий Результат дифракции зависит от соотношения длины волны с размерами препятствия

Свет – электромагнитная волна

В 1802 г. качественное объяснение явления дифракции света на основе волновых представлений было дано английским ученым Т. Юнгом. В 1818 г. независимо от него французский ученый О. Френель развил количественную теорию дифракционных явлений. В основу теории Френель положил принцип Гюйгенса, дополнив его идеей об интерференции вторичных волн.

Дифракция объясняется на основе принципа Гюйгенса-Френеля: каждая точка волнового фронта является источником вторичных волн огибающая этих волн определяет положение фронта волны в следующий момент времени Дифракционная картина является результатом интерференции вторичных световых волн.

Дифракция света - явление отклонения света от прямолинейного направления распространения при прохождении вблизи препятствий. Как показывает опыт, свет при определенных условиях может заходить в область геометрической тени.

Если на пути параллельного светового пучка расположено круглое препятствие (круглый диск, шарик или круглое отверстие в непрозрачном экране), то на экране, расположенном на достаточно большом расстоянии от препятствия, появляется дифракционная картина – система чередующихся светлых и темных колец.

Если препятствие имеет линейный характер (щель, нить, край экрана), то на экране возникает система параллельных дифракционных полос.

Если D – размер предмета, а L – расстояние до него, то дифракцию можно наблюдать при условии

Для того, чтобы дифракционная картина была достаточно яркой, нужно пропускать свет через несколько параллельных щелей. Оптический прибор, представляющий собой совокупность большого числа препятствий и отверстий, сосредоточенных в ограниченном пространстве, на которых происходит дифракция света, называется дифракционной решеткой.

Дифракционная решетка Пластинка с большим числом чередующихся прозрачных и непрозрачных полос

Период дифракционной решетки φ φ Если ш ирина прозрачных щ елей ( или отражающих полос ) р авна а, а ш ирина непрозрачных промежутков ( или рассеивающих свет полос ) b, то величина d=a+b называется периодом решетки.

Дифракционная решетка увеличена период дифракционной решетки d =1 мм / N (число штрихов) а b d d = a + b

Простейшая дифракционная решетка состоит из прозрачных участков (щелей), разделенных непрозрачными промежутками. Если на решетку падает свет, то в каждом порядке дифракции возникает спектр исследуемого излучения, причем фиолетовая часть спектра располагается ближе к максимуму нулевого порядка.

24 Рассмотрим элементарную теорию дифракционной решетки. Пусть на решетку падает плоская монохроматическая волна длиной. φ φ Найдем условие, при котором идущие от щелей волны усиливают друг друга. Рассмотрим для этого волны, распространяющиеся в направлении, определяемом углом. Разность хода между волнами от краев соседних щелей равна длине отрезка В 1 С 1. Если на этом отрезке укладывается целое число длин волн, то волны от всех щелей, складываясь, будут усиливать друг друга. Из треугольника А 1 В 1 С 1 можно найти длину катета В 1 С 1 В 1 С 1 = А 1 В 1 sin = d sin Максимумы будут наблюдаться под углом, определяемым условием d sin = к где к = 0, 1, 2, ….

25 Дифракционные спектры Так как положение максимумов ( кроме центрального, соответствующего m= 0) зависит о т д лины волны, то решетка разлагает белый свет в спектр ( спектры второго и третьего порядков перекрываются ). Чем б ольше, т ем дальше располагается т от и ли и ной максимум, соответствующий д анной д лине волны, от центрального максимума. К аждому значению m соответствует с вой спектр. Между максимумами расположены минимумы освещенности. Чем б ольше число щ елей, т ем более резко о черчены максимумы и т ем более широкими минимума мини разделены. С ветовая энергия, падающая н а решетку, перераспределяется е ю т ак, ч то большая е е часть приходится н а максимумы, а в минимумы п опадает незначительная часть энергии.

Формула дифракционной решетки dsinφ=kλ, где k=0,1,2,3,... называется порядком главного максимума

Домашнее задание: § 71;