|
ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА 1. Волновые свойства света Поскольку волны не взаимодействуют друг с другом, то каждая область пространства, куда приходят две или несколько волн, будет принимать участие в колебаниях, вызванных каждой волной в отдельности. Для того чтобы найти результирующее смещение в определенной точке пространства, нужно найти смещение, обусловленное каждой волной, а затем добавить их. Сложение в пространстве волн, при которых образуется постоянное во времени распределение амплитуд результирующих колебаний, называется интерференцией (от латинских слов inter - «взаимно, между собой и ferio - «удар, поражаю»). Ø Интерференцией волн называется явление усиления колебаний в одних точках пространства и ослабление в других в результате наложения двух или нескольких волн, приходящих в эти точки. Поскольку свет имеет электромагнитную природу, то в случае распространения световой волны в каждой точке пространства происходит периодическое изменение напряженности и магнитной индукции электромагнитного поля. Если через любую точку пространства распространяются две световые волны, то напряженности полей векторно суммируются. Результирующая напряженность будет характеризовать световую энергию, что приходит в определенную точку. Чем больше напряженность, тем больше энергия, что поступает. Точно так же складываются и векторы магнитной индукции. В случае, когда направления напряженностей полей двух световых волн совпадают, результирующая напряженность увеличивается, и в этих точках наблюдается максимальное увеличение освещенности. И наоборот, когда напряженности поля направлены противоположно, результирующая напряженность уменьшается и свет гасится светом. Необходимо обратить внимание на следующее: при интерференции энергия не исчезает - происходит ее перераспределение в пространстве. Для того чтобы в определенных точках пространства все время могло происходить усиление или ослабление результирующих колебаний, необходимо, чтобы выполнялись два условия, которые называются условиями когерентности: 1) волны должны иметь одинаковую частоту; 2) неизменное смещение фаз в каждой точке пространства. Волны, соответствующие условиям когерентности, называют когерентными. Когерентные источники - это источники, которые имеют одинаковую частоту и неизменное смещение фаз во времени. Для получения двух когерентных световых волн излучения можно от того же атома разделить путем отражения или преломления на два пучка. В школе обычно рассматривают два метода: 1) метод Френеля; 2) метод Ньютона. С помощью метода Френеля изучают интерференционный опыт с зеркалами или біпризмою Френеля. В первом случае используют явление отражения, во втором - преломления. Используя метод Ньютона, можно рассмотреть интерференцию в тонких пленках и с помощью колец Ньютона. 2. Условия максимума и минимума интерференционной картины Рассмотрим две когерентные световые волны, которые поступают в произвольную точку M , расположенную на расстоянии d1 от источника S1 и на расстоянии d2 от источника S2. Расстояние Δd = d1 - d2 называется геометрической разностью хода волн.
Если волны исходят из источников S1 и S2 с одинаковыми фазами, а разность хода Ad = 0, то в точке M волны приходят тоже с одинаковыми фазами. В этом случае в точке M происходят электромагнитные колебания с увеличенной амплитудой, то есть наблюдается максимум освещенности. То же самое происходит при условии, что на отрезке Δd укладывается любое целое число длин волн (четное число полуволн). Условие максимума: в определенной точке пространства происходит усиление результирующих световых колебаний, если геометрическая разность хода двух световых волн, поступающих в эту точку, равна целому числу длин волн (парном числу полуволн):
Если на отрезке Δd укладывается нечетное число полуволн, то колебания напряженностей полей этих волн происходят в противоположных фазах. В этом случае в точке M происходят электромагнитные колебания с уменьшающейся амплитудой, то есть наблюдается минимум освещенности. Условие максимума: в определенной точке пространства происходит ослабление результирующих световых колебаний, если геометрическая разность хода двух световых волн, поступающих в эту точку, равна нечетному числу полуволн:
3. Интерференция света в тонких пленках Рассмотрим отражение света в тонких пленках. Поскольку свет отражается по очереди от двух поверхностей, отраженный свет является результатом наложения двух световых волн.
Разность хода между этими отраженными волнами зависит от толщины пленки и угла падения; следовательно, они могут усиливать или ослаблять друг друга. Поэтому в случае освещения такой пленки монохроматическим светом в отраженном свете на поверхности пленки можно наблюдать темные и светлые полосы. Если на пленку (крылышко бабочки, поверхность мыльной пленки) падает белый свет, то интерференционные полосы получаются окрашенными. Интерес представляют и наблюдения интерференции с помощью колец Ньютона. Для этого на плоскую поверхность стеклянной отполированной пластины помещают плоско-выпуклую линзу. Роль пленки в этом случае выполняет воздушный зазор между стеклянной поверхностью линзы и пластиной. Если освещать линзу монохроматическим светом, то наблюдается чередование светлых и темных колец. Если же линзу освещать белым светом, то кольца оказываются спектрально окрашенными. ВОПРОС К УЧАЩИМСЯ В ХОДЕ ИЗЛОЖЕНИЯ НОВОГО МАТЕРИАЛА Первый уровень 1. Почему нельзя наблюдать явление интерференции от двух независимых источников света? 2. Как можно получить когерентные световые волны? 3. Что такое интерференционный максимум? минимум? 4. Чем объясняется радужное окраска тонких нефтяных пленок? Второй уровень 1. Или будет наблюдаться на поверхности воды интерференционная картина, если бросить в воду одновременно два камня? 2. Или будет наблюдаться интерференционная картина, если бросить в воду горсть песка? 3. Почему интерференцию световых волн можно наблюдать только для волн, выпущенных тем самым источником света?
ЗАКРЕПЛЕНИЕ ИЗУЧЕННОГО МАТЕРИАЛА 1). Качественные вопросы 1. Почему толстый слой нефти не имеет радужный цвет? 2. Можно ли наблюдать интерференцию света от двух поверхностей оконного стекла? 3. Выдувая мыльный пузырь и наблюдая за ней в отраженном свете, можно заметить на ее поверхности радужные цвета. Объясните это явление. 2). Учимся решать задачи 1. В некоторую точку пространства приходят когерентные лучи с оптической разностью хода 2 мкм. Определите, усилится или ослабнет свет в этой точке, если в нее приходят фиолетовые лучи длиной волны 400 нм. 2. В некоторую точку пространства приходят когерентные лучи с оптической разностью хода 2 мкм. Определите, усилится или ослабнет свет в этой точке, если в нее приходят красные лучи длиной волны 700 нм. ЧТО МЫ УЗНАЛИ НА УРОКЕ • Интерференцией волн называется явление усиления колебаний в одних точках пространства и ослабление в других в результате наложения двух или нескольких волн, приходящих в эти точки. • Когерентные (связанные) волны - это волны, имеющие одинаковую частоту и неизменное смещение фаз в каждой точке пространства. Когерентные источники - это источники, которые имеют одинаковую частоту и неизменное смещение фаз во времени. • Амплитуда колебаний среды в определенной точке максимальна, если разность хода двух волн, возбуждающих колебания в этой точке, равна целому числу длин волн: • Амплитуда колебаний среды в данной точке минимальна, если разность хода двух волн, возбуждающих колебания в этой точке, равна нечетному числу полуволн:
Домашнее задание 1. Подр-1: § 44 (п. 1, 2, 3, 4); подр-2: § 21 (п. 1). 2. Сб.: № 14.9; 14.10; 14.11; 14.12.
|
|
