ПрезентацияИнтерференция света. материал к уроку

©ГОУ СОШ №149 Калининского р-на СПб Учитель физики Т. Л. Касимовская

ПРИНЦИП ГЮЙГЕНСА - ФРЕНЕЛЯ Каждая точка пространства, которой достигла в данный момент распространяющаяся волна, становится источником элементарных сферических волн. Результат интерференции этих волн - огибающая элементарных сферических волн, образующая волновую поверхность.

Благодаря этой рекламе сайт может продолжать свое существование, спасибо за просмотр.

Если в пространстве распространяются две волны, то в каждой точке результирующее колебание представляет собой геометрическую сумму колебаний, соответствующих каждой из складывающихся волн. Это утверждение называется принципом суперпозиции волн. ПРИНЦИП СУПЕРПОЗИЦИИ Принцип суперпозиции волн соблюдается обычно с большой точностью и нарушается только при распространении волн в какой-либо среде, если амплитуда (интенсивность) волн очень велика

ПРИНЦИП СУПЕРПОЗИЦИИ Физическое содержание принципа суперпозиции для электромагнитных волн : если в среде распространяется несколько электромагнитных волн, то среда реагирует на каждую волну так, как будто других волн нет. Математическое: напряженность электрического поля и индукция магнитного поля в любой точке пространства и в любой момент времени равны соответственно векторной сумме напряженностей и магнитных индукций всех полей в данной точке.

К наиболее интересным и красивым явлениям, которые возникают вследствие суперпозиции волн, относятся явления интерференции и дифракции света, являющиеся наиболее яркими проявлениями волновой природы света. ПРИНЦИП СУПЕРПОЗИЦИИ

КОГЕРЕНТНОСТЬ КОГЕРЕНТНОСТЬ (от лат. cohaerens находящийся в связи ), согласованное протекание во времени нескольких колебательных или волновых процессов, проявляющееся при их сложении

Когерентность волн бывает временной и пространственной . Временной когерентностью называется согласованность волн, которая заключается в том, что разность фаз остается неизменной с течением времени для любой точки пространства. Пространственной когерентностью называется согласованность волн, которая заключается в том, что разность фаз остается постоянной в разных точках волновой поверхности,. Реальные источники практически не могут быть когерентными КОГЕРЕНТНОСТЬ

Сложение в пространстве волн, при котором образуется постоянное во времени распределение амплитуд результирующих колебаний, называется интерференцией.

Результат интерференции: цвета масляных пятен на мокром асфальте, цвета побежалости на поверхности закаленных металлов радужная окраска мыльных пузырей причудливые цветные рисунки на крыльях стрекозы– все это проявления интерференции света цвета масляных пятен на асфальте, окраска замерзающих оконных стекол, причудливые цветные рисунки на крыльях некоторых бабочек и жуков – все это проявление интерференции света.

Явление интерференции можно наблюдать на волнах любой природы: упругих (например, звуковых волнах или волнах на поверхности воды) электромагнитных (например, радиоволн или световых волн). Однако повседневный опыт учит, что интерференцию света в действительности наблюдать не просто. Если в комнате горят две одинаковые лампочки, то в любой точке складываются интенсивности света и никакой интерференции не наблюдается. Для наблюдения интерференции любых волн требуется выполнение определенного условия: волны должны быть когерентными.

Условия, при которых имеет место интерференция волн. Можно одновременно возбудить две круговые волны в ванне с помощью двух шариков, укрепленных на стержне, который совершает гармонические колебания Для этого рассмотрим более подробно сложение волн, образуемых на поверхности воды.

На поверхности воды возникает определенное, неизменное во времени распределение амплитуд колебаний, которое называют интерференционной картиной. На рисунке показан рисунок с фотографии интерференционной картины двух круговых волн от двух источников (черные кружки). Белые участки в средней части фотографии соответствуют максимумам колебаний, а темные — минимумам.

В любой точке М на поверхности воды будут складываться колебания, вызванные двумя волнами(от источников О1 и О2). Амплитуды колебаний, вызванных в точке М обеими волнами будут отличаться, так как волны проходят различные пути d1 и d2. Но если расстояние l между источниками много меньше этих путей (l<,<,d1 и l<,<,d2, то обе амплитуды можно считать практически одинаковыми

Условие максимумов На рисунке изображена зависимость от времени смешений х1 и х2, вызванных двумя волнами при d= Разность фаз колебаний равна нулю (или, что то же самое, 2, так как период синуса равен 2). В результате сложения этих колебаний возникает результирующее колебание с удвоенной амплитудой. Колебания результирующего смешения х на рисунке показаны цветом (пунктир). То же самое будет происходить, если на отрезке ОМ укладывается не одна, а любое целое число длин волн

Амплитуда колебаний среды в данной точке максимальна, если разность хода двух волн, возбуждающих колебания в этой точке, равна целому числу длин волн (это справедливо лишь при условии, что фазы колебаний обоих источников совпадают): . Условие максимумов d = k, где k=0,1,2,...

Условие минимумов Если на отрезке d укладывается половина длины волны, то, вторая волна отстает от первой на половину периода. Разность фаз равна , т.е. колебания будут происходить в противофазе. В результате сложения этих колебаний амплитуда результирующего колебания равна нулю, т. е. в рассматриваемой точке колебания нет. То же самое произойдёт, если на отрезке укладывается любое нечетное число полуволн.

Условие минимумов   Амплитуда колебаний среды в данной точке минимальна, если разность хода двух волн, возбуждающих колебания в этой точке, равна нечетному числу полуволн:

Если разность хода d2—d1 принимает промежуточное значение между   и /2, то и амплитуда результирующего колебания принимает некоторое промежуточное значение между удвоенной амплитудой и нулем. Но наиболее важно то, что амплитуда колебаний в любой точке не меняется с течением времени.

Под интерференцией света понимают широкий круг явлений, в которых при наложении световых пучков результирующая интенсивность в любой точке не равна сумме интенсивностей отдельных пучков. В результате интерференции происходит перераспределение энергии в пространстве: в одних местах интенсивность света больше суммы интенсивностей двух или нескольких волн, в других – меньше. Сложение в пространстве волн, при котором образуется постоянное во времени распределение амплитуд результирующих колебаний, называется интерференцией.

Интерференционная картина представляет чередование светлых и темных полос. При использовании белого света интерференционные полосы оказываются окрашенными в различные цвета спектра.

Первый эксперимент по наблюдение интерференции света в лабораторных условиях принадлежит И. Ньютону. Он наблюдал интерференционную картину, возникающую при отражении света в тонкой воздушной прослойке между плоской стеклянной пластиной и плосковыпуклой линзой большого радиуса кривизны. Интерференционная картина имела вид концентрических колец, получивших название колец Ньютона Ньютон не смог объяснить с точки зрения корпускулярной теории, почему возникают кольца, однако он понимал, что это связано с какой-то периодичностью световых процессов Рисунок 6.7.2. Кольца Ньютона в зеленом и красном свете.

Наблюдение колец Ньютона. Интерференция возникает при сложении волн, отразившихся от двух сторон воздушной прослойки. «Лучи» 1 и 2 – направления распространения волн, h – толщина воздушного зазора отвечающего первому темному кольцу.

Вместо показателя преломления простой цвет количественно можно определить шириной этого первого зазора Эту ширину будем пока условно называть длиной волны. Длины волн видимого света, как показал впервые Ньютон, чрезвычайно малы, их выражают обычно в особых единицах - миллимикронах (mm), миллимикрон равен миллионной доле миллиметра (нанометр ). 1нм = 1·10-9 м Ньютон измерил, например, что цвету, лежащему на границе зеленой и синей частей солнечного света спектра, соответствует 492 нм. Крайний красный цвет имеет длину волны приблизительно в 700 нм, крайний фиолетовый - в 400 нм.

Полезно вдуматься в глубочайшее значение опытов Ньютона. Прихотливая, субъективная область цветовых явлений, в течение тысячелетий ускользавшая от упорядочивающегося стремления ученых, вдруг обнаружила свою количественную сущность и отныне стала вполне подчиненной точному научному анализу.

Если освещать линзу и стекло разными простыми цветами, ширина колец будет меняться, для красных лучей кольца самые широкие, для фиолетовых самые узкие. Каждому простому цвету соответствует своя ширина первого зазора. Наименьший зазор соответствует первому кольцу, остальные будут целыми, кратными этой длине

Какие бы линзы мы ни брали, из какого угодно материала, эта ширина остается постоянной для одного и того же цвета. Она меняется только в том случае, если зазор вместо воздуха наполнить какой-нибудь жидкостью. При этом ширина колец будет зависеть от показателя преломления жидкости.

Исторически первым интерференционным опытом, получившим объяснение на основе волновой теории света, явился опыт Юнга (1802 г.).

Юнг первым понял, что нельзя наблюдать интерференцию при сложении волн от двух независимых источников. В опыте щели S1 и S2 можно рассматривать в соответствии с принципом Гюйгенса как источники вторичных волн,при освещении светом одного источника S. При симметричном расположении щелей вторичные волны, испускаемые источниками S1 и S2, находятся в фазе, но эти волны проходят до точки наблюдения М разные расстояния d1 и d2. .

Задача об интерференции волн сводится к задаче о сложении колебаний одной и той же частоты, но с разными фазами.

В области перекрытия световых пучков наблюдается интерференционная картина в виде чередующихся светлых и темных полос.