Как найти разность фаз когерентных волн

Интерференция волн.

  • Сложение колебаний.

  • Когерентные источники.

  • Условие максимума и минимума.

  • Интерференционная картина.

Автор — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев

Темы кодификатора ЕГЭ: интерференция света.

В предыдущем листке, посвящённом принципу Гюйгенса, мы говорили о том, что общая картина волнового процесса создаётся наложением вторичных волн. Но что это значит — «наложением»? В чём состоит конкретный физический смысл наложения волн? Что вообще происходит, когда в пространстве одновременно распространяются несколько волн? Этим вопросам и посвящён данный листок.

к оглавлению ▴

Сложение колебаний.

Сейчас мы будем рассматривать взаимодействие двух волн. Природа волновых процессов роли не играет — это могут быть механические волны в упругой среде или электромагнитные волны (в частности, свет) в прозрачной среде или в вакууме.

Опыт показывает, что волны складываются друг с другом в следующем смысле.

Принцип суперпозиции. Если две волны накладываются друг на друга в определённой области пространства, то они порождают новый волновой процесс. При этом значение колеблющейся величины в любой точке данной области равно сумме соответствующих колеблющихся величин в каждой из волн по отдельности.

Например, при наложении двух механических волн перемещение частицы упругой среды равно сумме перемещений, создаваемых в отдельности каждой волной. При наложении двух электромагнитных волн напряжённость электрического поля в данной точке равна сумме напряжённостей в каждой волне (и то же самое для индукции магнитного поля).

Разумеется, принцип суперпозиции справедлив не только для двух, но и вообще для любого количества накладывающихся волн. Результирующее колебание в данной точке всегда равно сумме колебаний, создаваемых каждой волной по отдельности.

Мы ограничимся рассмотрением наложения двух волн одинаковой амплитуды и частоты. Этот случай наиболее часто встречается в физике и, в частности, в оптике.

Оказывается, на амплитуду результирующего колебания сильно влияет разность фаз складывающихся колебаний. В зависимости от разности фаз в данной точке пространства две волны могут как усиливать друг друга, так и полностью гасить!

Предположим, например, что в некоторой точке фазы колебаний в накладывающихся волнах совпадают (рис. 1).

Рис. 1. Волны в фазе: усиление колебаний

Мы видим, что максимумы красной волны приходятся в точности на максимумы синей волны, минимумы красной волны — на минимумы синей (левая часть рис. 1). Складываясь в фазе, красная и синяя волны усиливают друг друга, порождая колебания удвоенной амплитуды (справа на рис. 1).

Теперь сдвинем синюю синусоиду относительно красной на половину длины волны. Тогда максимумы синей волны будут совпадать с минимумами красной и наоборот — минимумы синей волны совпадут с максимумами красной (рис. 2, слева).

Рис. 2. Волны в противофазе: гашение колебаний

Колебания, создаваемые этими волнами, будут происходить, как говорят, в противофазе — разность фаз колебаний станет равна pi. Результирующее колебание окажется равным нулю, т. е. красная и синяя волны попросту уничтожат друг друга (рис. 2, справа).

к оглавлению ▴

Когерентные источники.

Пусть имеются два точечных источника, создающие волны в окружающем пространстве. Мы полагаем, что эти источники согласованы друг с другом в следующем смысле.

Когерентность. Два источника называются когерентными, если они имеют одинаковую частоту и постоянную, не зависящую от времени разность фаз. Волны, возбуждаемые такими источниками, также называются когерентными.

Итак, рассматриваем два когерентных источника S_{1} и S_{2}. Для простоты считаем, что источники излучают волны одинаковой амплитуды, а разность фаз между источниками равна нулю. В общем, эти источники являются «точными копиями» друг друга (в оптике, например, источник S_{2} служит изображением источника S_{1} в какой-либо оптической системе).

Наложение волн, излучённых данными источниками, наблюдается в некоторой точке P. Вообще говоря, амплитуды этих волн в точке P не будут равны друг другу — ведь, как мы помним, амплитуда сферической волны обратно пропорциональна расстоянию до источника, и при разных расстояниях S_{1}P и S_{2}P амплитуды пришедших волн окажутся различными. Но во многих случаях точка P расположена достаточно далеко от источников — на расстоянии гораздо большем, чем расстояние между самими источниками. В такой ситуации различие в расстояниях S_{1}P и S_{2}P не приводит к существенному отличию в амплитудах приходящих волн. Следовательно, мы можем считать, что амплитуды волн в точке P также совпадают.

к оглавлению ▴

Условие максимума и минимума.

Однако величина d=|S_{1}P-S_{2}P|, называемая разностью хода, имеет важнейшее значение. От неё самым решительным образом зависит то, какой результат сложения приходящих волн мы увидим в точке P.

Рис. 3. Усиление колебаний в точке P

В ситуации на рис. 3 разность хода равна длине волны (d=lambda ). Действительно, на отрезке S_{1}P укладываются три полных волны, а на отрезке S_{2}P — четыре (это, конечно, лишь иллюстрация; в оптике, например, длина таких отрезков составляет порядка миллиона длин волн). Легко видеть, что волны в точке P складываются в фазе и создают колебания удвоенной амплитуды — наблюдается, как говорят, интерференционный максимум.

Ясно, что аналогичная ситуация возникнет при разности хода, равной не только длине волны, но и любому целому числу длин волн.

Условие максимума. При наложении когерентных волн колебания в данной точке будут иметь максимальную амплитуду, если разность хода равна целому числу длин волн:

d=nlambda (n=0,1,2,,...). (1)

Теперь посмотрим на рис. 4. На отрезке S_{1}P укладываются две с половиной волны, а на отрезке S_{2}P -три волны. Разность хода составляет половину длины волны (d=lambda /2[/math]).

Рис. 4. Гашение колебаний в точке P

Теперь нетрудно видеть, что волны в точке P складываются в противофазе и гасят друг друга — наблюдается интерференционный минимум. То же самое будет, если разность хода окажется равна половине длины волны плюс любое целое число длин волн.

Условие минимума.
Когерентные волны, складываясь, гасят друг друга, если разность хода равна полуцелому числу длин волн:

d=nlambda+frac{displaystyle lambda }{displaystyle 2}. (2)

Равенство (2) можно переписать следующим образом:

d=(2n+1)frac{displaystyle lambda }{displaystyle 2}.

Поэтому условие минимума формулируют ещё так: разность хода должна быть равна нечётному числу длин полуволн.

к оглавлению ▴

Интерференционная картина.

А что, если разность хода принимает какое-то иное значение, не равное целому или полуцелому числу длин волн? Тогда волны, приходящие в данную точку, создают в ней колебания с некоторой промежуточной амплитудой, расположенной между нулём и удвоенным значением 2A амплитуды одной волны. Эта промежуточная амплитуда может принимать все значения от 0 до 2A по мере того, как разность хода меняется от полуцелого до целого числа длин волн.

Таким образом, в той области пространства, где происходит наложение волн когерентных источников S_{1} и S_{2} , наблюдается устойчивая интерференционная картина — фиксированное не зависящее от времени распределение амплитуд колебаний. А именно, в каждой точке S_{1}P данной области амплитуда колебаний принимает своё значение, определяемое разностью хода d=|S_{1}P-S_{2}P| приходящих сюда волн, и это значение амплитуды не меняется со временем.

Такая стационарность интерференционной картины обеспечивается когерентностью источников. Если, например, разность фаз источников будет постоянно меняться, то никакой устойчивой интерференционной картины уже не возникнет.

Теперь, наконец, мы можем сказать, что такое интерференция.

Интерференция — это взаимодействие волн, в результате которого возникает устойчивая интерференционная картина, то есть не зависящее от времени распределение амплитуд результирующих колебаний в точках области, где волны накладываются друг на друга.

Если волны, перекрываясь, образуют устойчивую интерференционную картину, то говорят попросту, что волны интерферируют. Как мы выяснили выше, интерферировать могут только когерентные волны. Когда, например, разговаривают два человека, то мы не замечаем вокруг них чередований максимумов и минимумов громкости; интерференции нет, поскольку в данном случае источники некогерентны.

На первый взгляд может показаться, явление интерференции противоречит закону сохранения энергии — например, куда девается энергия, когда волны полностью гасят друг друга? Но никакого нарушения закона сохранения энергии, конечно же, нет: энергия просто перераспределяется между различными участками интерференционной картины. Наибольшее количество энергии концентрируется в интерференционных максимумах, а в точки интерференционных минимумов энергия не поступает совсем.

На рис. 5 показана интерференционная картина, созданная наложением волн двух точечных источников S_{1} и S_{2}. Картина построена в предположении, что область наблюдения интерференции находится достаточно далеко от источников. Пунктиром отмечена ось симметрии интерференционной картины.

Рис. 5. Интерференция волн двух точечных источников

Цвета точек интерференционной картины на этом рисунке меняются от чёрного до белого через промежуточные оттенки серого. Чёрный цвет — интерференционные минимумы, белый цвет — интерференционные максимумы; серый цвет — промежуточное значение амплитуды, и чем больше амплитуда в данной точке, тем светлее сама точка.

Обратите внимание на прямую белую полосу, которая идёт вдоль оси симметрии картины. Здесь расположены так называемые центральные максимумы. Действительно, любая точка данной оси равноудалена от источников (разность хода равна нулю), так что в этой точке будет наблюдаться является интерференционный максимум.

Остальные белые полосы и все чёрные полосы слегка искривлены; можно показать, что они являются ветвями гипербол. Однако в области, расположенной на большом расстоянии от источников, кривизна белых и чёрных полос мало заметна, и выглядят эти полосы почти прямыми.

к оглавлению ▴

Интерференционный опыт, изображённый на рис. 5, вместе с соответствующим методом расчёта интерференционной картины называется схемой Юнга. Эта схема лежит в основе знаменитного
опыта Юнга (речь о котором пойдёт в теме Дифракция света). Многие эксперименты по интерференции света так или иначе сводятся к схеме Юнга.

В оптике интерференционную картину обычно наблюдают на экране. Давайте ещё раз посмотрим на рис. 5 и представим себе экран, поставленный перпендикулярно пунктирной оси.
На этом экране мы увидим чередование светлых и тёмных интерференционных полос.

На рис. 6 синусоида показывает распределение освещённости вдоль экрана. В точке O, расположенной на оси симметрии, находится центральный максимум. Первый максимум в верхней части экрана, соседний с центральным, находится в точке A. Выше идут второй, третий (и такдалее) максимумы.

Рис. 6. Интерференционная картина на экране

Расстояние Delta x=OA, равное расстоянию между любыми двумя соседними максимумами или минимумами, называется шириной интерференционной полосы. Сейчас мы займёмся нахождением этой величины.

Пусть источники находятся на расстоянии a друг от друга, а экран расположен на расстоянии L от источников (рис. 7 ). Экран заменён осью OX; начало отсчёта O, как и выше, отвечает центральному максимуму.

Рис. 7. Вычисление координат максимумов

Точки N_{1} и N_{2} служат проекциями точек S_{1} и S_{2} на ось OX и расположены симметрично относительно точки O. Имеем: ON_{1}=ON_{2}=a/2.

Точка наблюдения P может находиться на оси OX (на экране) где угодно. Координату точки
P мы обозначим x. Нас интересует, при каких значениях x в точке P будет наблюдаться интерференционный максимум.

Волна, излучённая источником S_{1}, проходит расстояние:

S_{1}P=sqrt{displaystyle S_{displaystyle 1}N_{displaystyle 1}^{displaystyle 2}+PN_{displaystyle 1}^{displaystyle 2}}=sqrt{L^{2}+(x-frac{displaystyle a}{displaystyle 2})^{displaystyle 2}}=Lsqrt{1+(frac{displaystyle 2x-a}{displaystyle 2L})^{displaystyle 2}}. (3)

Теперь вспомним, что расстояние между источниками много меньше расстояния от источников до экрана: aleq L. Кроме того, в подобных интерференционных опытах координата x точки наблюдения также гораздо меньше L. Это означает, что второе слагаемое под корнем в выражении (3) много меньше единицы:

(frac{displaystyle 2x-a}{displaystyle 2L})^{displaystyle 2}leq 1.

Раз так, можно использовать приближённую формулу:

sqrt{1+alpha }=1+frac{displaystyle alpha }{displaystyle 2}, alpha leq 1 (4)

Применяя её к выражению (4), получим:

S_{1}P=L(1+frac{1}{2}(frac{displaystyle 2x-a}{displaystyle 2L})^{displaystyle 2})=L+frac{(displaystyle 2x-a)^{displaystyle 2}}{displaystyle 8L} (5)

Точно так же вычисляем расстояние, которое проходит волна от источника S_{2} до точки наблюдения:

S_{2}P=sqrt{displaystyle S_{displaystyle 1}N_{displaystyle 2}^{displaystyle 2}+PN_{displaystyle 2}^{displaystyle 2}}=sqrt{L^{2}+(x+frac{displaystyle a}{displaystyle 2})^{displaystyle 2}}=Lsqrt{1+(frac{displaystyle 2x+a}{displaystyle 2L})^{displaystyle 2}}. (6)

Применяя к выражению (6) приближённую формулу (4), получаем:

S_{2}P=L(1+frac{1}{2}(frac{displaystyle 2x+a}{displaystyle 2L})^{displaystyle 2})=L+frac{(displaystyle 2x+a)^{displaystyle 2}}{displaystyle 8L}. (7)

Вычитая выражения (7) и (5), находим разность хода:

d=S_{2}P-S_{1}P=frac{(displaystyle 2x+a)^{displaystyle 2}-(displaystyle 2x-a)^{displaystyle 2}}{displaystyle 8L}=frac{displaystyle ax}{displaystyle L}. (8)

Пусть lambda — длина волны, излучаемой источниками. Согласно условию (1), в точке P будет наблюдаться интерференционный максимум, если разность хода равна целому числу длин волн:

d=frac{displaystyle ax}{displaystyle L}=nlambda (n=0,1,2,3,...).

Отсюда получаем координаты максимумов в верхней части экрана (в нижней части максимумы идут симметрично):

displaystyle x_{displaystyle n}=frac{displaystyle nlambda L}{displaystyle a} (n=0,1,2,3,...).

При n=0 получаем, разумеется, displaystyle x_{displaystyle n}=0 (центральный максимум). Первый максимум рядом с центральным соответствует значению n=1 и имеет координату displaystyle x_{displaystyle 1}=lambda L/a.Такой же будет и ширина интерференционной полосы:

Delta x=displaystyle x_{displaystyle n+1}-displaystyle x_{displaystyle n}=frac{(displaystyle n+displaystyle 1)lambda L}{displaystyle a}-frac{displaystyle nlambda L}{displaystyle a}=frac{displaystyle lambda L}{displaystyle a}.

Благодарим за то, что пользуйтесь нашими статьями.
Информация на странице «Интерференция волн.» подготовлена нашими редакторами специально, чтобы помочь вам в освоении предмета и подготовке к ЕГЭ и ОГЭ.
Чтобы успешно сдать необходимые и поступить в высшее учебное заведение или колледж нужно использовать все инструменты: учеба, контрольные, олимпиады, онлайн-лекции, видеоуроки, сборники заданий.
Также вы можете воспользоваться другими материалами из данного раздела.

Публикация обновлена:
07.05.2023

Сложение волн от обычных источников света

Обычные источники (лампа, пламя, Солнце
и т. п.) представляют собой совокупность
огромного числа излучающих атомов.
Излучение света атомом происходит при
его переходе с одного энергетического
уровня на другой. Длительность излучения
каждого атома очень мала (~ 10-8 с),
а момент излучения есть событие случайное.
Излучение атомов в таких источниках не

согласовано
друг с другом. При этих условиях среднее
значение cos =0 (см.
4.8 и определение интенсивности света)
и мы получаем следующее авенство:


(4.9)

Так как интенсивность волны I
пропорциональна квадрату амплитуды,
то


(4.10)

Для обычных источников света интенсивность
суммарного излучения равна сумме
интенсивностей слагаемых волн.

Сложение когерентных волн

Если же разность фаз 
постоянна во времени, то такие колебания
(и волны) называют когерентными. В случае
суперпозиции когерентных волн,
интенсивность результирующего колебания
определяется (см.4.8)


(4.11)

Последнее слагаемое в формуле (4.11)
называют интерференционным членом.
Рассмотрим его влияние на результирующую
интенсивность.

В точках пространства, где
;
там же, где
.
Другими словами, при суперпозиции
когерентных волн происходит
перераспределение интенсивности света
I в пространстве: в одних
местах возникают максимумы, в других —
минимумы интенсивности. Это явление
называется интерференцией волн. Особенно
отчетливо (контрастно) интерференция
проявляется тогда, когда
.
Тогда, согласно (4.11),

в максимумах и

в минимумах. Для некогерентных волн при
равенстве

интенсивность
всюду
одинакова и, согласно (4.10),
.

Итак, чтобы наблюдалось перераспределение
интенсивности при наложении световых
волн должно выполниться три основных
условия:

1) частоты
их одинаковы,

2) направления
электрических векторов совпадают,

3) разность
фаз  складываемых
колебаний не должна меняться во времени.

Это
условия когерентности складываемых
волн.

Из
условия (4,11) можно сформулировать фазовые
условия максимумов и минимумов:

  1. если
    ,
    то выполняется условие
    ,т.е.
    выполняется условие максимума. В этом
    случае разность фаз должна удовлетворять
    условию
    ,
    где m=0,1,2, и т.д. и называется
    порядковым числом максимумов.

  2. если

    ,
    то выполняется условие
    ,т.е.
    выполняется условие минимума. В этом
    случае разность фаз должна удовлетворять
    условию
    ,
    где m=0.1,2, и т.д..

Оптическая разность хода, связь разности хода с разностью

Основной принцип интерференционных
схем.
Интерференция характерна для
волн любой природы и сравнительно просто
наблюдается на опыте для волн на
поверхности воды или звуковых волн.
Наблюдать же интерференцию световых
волн можно лишь при выполнении условий
когерентности.

Дело в том, что свет, испущенный обычными
(не лазерными) источниками, не бывает
монохроматическим. Такой свет можно
рассматривать как хаотическую
последовательность отдельных цугов
синусоидальных волн. Длительность
волнового цуга порядка 10-8 с,
поэтому при наложении световых волн от
разных источников фазовые соотношения
между световыми колебаниями многократно
изменяются случайным образом. Источники
света оказываются некогерентными,
поэтому достаточно устойчивой картины
интерференции не возникает (сменяющие
друг друга с весьма большой частотой
картины интерференции в дальнейшем нас
интересовать не будут, их регистрация
требует специальных мало инерционных
приемников).

И тем не менее, когерентные световые
волны можно получить даже от обычных
источников света. Общий принцип их
получения таков: волну, излучаемую одним
источником света, разделяют тем или
иным способом на две части и затем
накладывают их друг на друга подходящим
способом. Например, когерентные волны
можно получить, разделив (с помощью
отражений или преломлений) волну,
излучаемую одним источником, на две
части. Если заставить эти две волны
пройти разные оптические пути, а потом
наложить их друг на друга, наблюдается
интерференция. Разность оптических
длин путей, проходимых интерферирующими
волнами, не должна быть очень большой,
так как складывающиеся колебания должны
принадлежать одному и тому же
результирующему цугу волн. Если эта
разность будет, порядка 1м, накладываться
будут колебания, соответствующие разным
цугам, и разность фаз между ними будет
непрерывно меняться хаотическим образом.

Пусть разделение на две когерентные
волны происходит в точке О (рис. 4.7).

Рис.4.7

До точки Р первая волна проходит в среде
с показателем преломления п1 путь
s1 вторая волна
проходит в среде с показателем преломления
п2 путь s2. Если
в точке О фаза колебания равна
,
то первая волна возбудит в точке Р
колебание
,
а вторая волна — колебание

(и

— фазовые скорости волн). Следовательно,
разность фаз колебаний, возбуждаемых
волнами в точке Р, будет равна

Заменив

через
(0 — длина
волны в вакууме), выражению для разности
фаз можно придать вид


(4,12)

Где (см. принцип
Ферма)


(4.13)

-есть величина, равная разности
оптических длин проходимых волнами
путей и называемая оптической разностью
хода

Из формулы (4.12) видно, что если оптическая
разность хода равна целому числу
длин-волн в вакууме,


(4.14)

то
разность фаз 
оказывается кратной 2
и колебания, возбуждаемые в точке Р
обеими волнами, будут происходить с
одинаковой фазой. Таким образом, (4.14)
есть условие интерференционного
максимума.

Если  равна полуцелому
числу длин волн в вакууме,


(4.15)

то
,так
что колебания в точке Р находятся в
противофазе. Следовательно, (41.5) есть
условие интерференционного минимума.

Заключение

Наблюдение
интерференции света доказывает, что
свет при распространении обнаруживает
волновые свойства. Интерференционные
опыты позволяют измерить длину световой
волны: она очень мала – от 4×10-7
до 8×10-7
м. Для получения же устойчивой
интерференционной картины нужны
согласованные волны. Они должны иметь
одинаковые длины волн и постоянную
разность фаз в любой точке пространства.
Напомним, что такие согласованные волны
с одинаковыми длинами волн и постоянной
разностью фаз называются когерентными.
Так как оптическая разность хода зависит
от показателя преломления то по изменению
интерференционной картины можно найти
показатель преломления среды с большой
точностью, а также по изменению
интерференционной картины можно судить
об однородности среды. К описанию
интерференционной картины относится
знание ширины интерференционной полосы,
ее положение и распределение интенсивности.

Ст. преподаватель кафедры___________________________

(наименование
кафедры)

_______________________ ________________________

(ученая степень,
ученое звание, подпись)
(И.О.Ф.)

«____»________________г.

Соседние файлы в папке Физика лекции

  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #

Содержание:

Интерференция света:

Фаза — аргумент периодической функции, определяющий значение физической величины в любой момент времени t. Она определяет состояние колебательной системы (координаты, скорости, ускорения) в любой момент времени при заданной амплитуде. Монохроматической волной называется электромагнитное излучение постоянной частоты.

Рассмотрим процесс наложения волн длиной Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами

Монохроматические волны одной и той же частоты, приходящие от этих источников в некоторую точку пространства Р, возбуждают в ней гармонические колебания той же частоты.

В силу этого, разность фаз колебаний, возбуждаемых рассматриваемыми источниками в точке Р, остается постоянной с течением времени, даже если начальные фазы этих колебаний различны.

Волны называются когерентными, если разность фаз колебаний, возбуждаемых ими, не изменяется с течением времени. Соответственно, свойство, характеризующее согласованность протекания в пространстве и времени нескольких колебательных или волновых процессов, называется когерентностью (от латинского слова cohaerens — связанный, сцепленный).

Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами

Опыт показывает, что амплитуда результирующего колебания в точке Р, создаваемого двумя одинаковыми источниками, зависит от геометрической разности хода волн до рассматриваемой точки:

Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами

Если разность хода волн Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами равна целому числу длин волн Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами (четному числу полуволн Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами) то волны приходят в точку Р (см. рис. 33) синфазно и усиливают друг друга. В этом случае говорят о выполнении условия максимума:

Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами

Действительно, разность фаз колебаний в рассматриваемой точке в этом случае

Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами

т. е. кратна Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами.

В случае, когда разность хода волн равна нечетному числу полуволн, волны приходят в точку Р в противофазе и ослабляют друг друга. Это соответствует выполнению условия минимума:

Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами

Убедитесь самостоятельно, что разность фаз колебаний в этом случае

Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами

Таким образом, в результате сложения колебаний, возбуждаемых когерентными волнами на поверхности воды, образуется устойчивая картина распределения минимумов и максимумов результирующего колебания (рис. 34). Это означает, что когерентные волны интерферируют друг с другом.

Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами

Интерференция (от латинских слов inter — взаимно, между собой и fеrio — ударяю, поражаю) — явление сложения двух или более когерентных волн, приводящее к образованию в пространстве устойчивой картины чередующихся максимумов и минимумов амплитуд результирующего колебания.

Пространственная картина устойчивого во времени распределения амплитуд результирующего колебания при интерференции называется интерференционной картиной.

Вследствие того, что энергия волны пропорциональна квадрату амплитуды, энергия результирующего колебания в общем случае не равна сумме энергий складываемых колебаний, так как Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами. Так, в точках максимума результирующая амплитуда колебаний возрастает в два раза, а энергия, соответственно, в четыре. Однако не будем забывать, что в точках минимума колебания отсутствуют вовсе. Таким образом, явление интерференции приводит к перераспределению энергии в пространстве, причем суммарная энергия колебаний во всех точках среды при этом остается равной сумме энергий интерферирующих волн.

Отметим, что если бы в точке Р складывались две некогерентные волны с одинаковыми амплитудами, то энергия результирующего колебания была бы равна сумме энергий отдельных волн, независимо от положения точки Р относительно источника. Это означало бы просто удвоение энергии, принесенной одной из волн в данную точку.

Закономерности интерференции волн носят универсальный характер, т. е. справедливы для волн любой природы.

При рассмотрении интерференции света (электромагнитных волн) следует учесть, что длина волны света в веществе изменяется в зависимости от показателя преломления вещества. Это эквивалентно замене геометрической разности хода на оптическую разность хода

Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами

т. е. разность расстояний, пройденных волнами, с учетом различных скоростей Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами и Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами их распространения в средах с показателями преломления Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами

В вакууме (с = Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами=Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами) оптическая разность хода совпадает с геометрической. При оптической разности хода, кратной четному числу полуволн (целому числу длин волн), наблюдается максимум интерференции света, а при оптической разности хода, кратной нечетному числу полуволн, — минимум.

Распространенные бытовые источники света (лампы накаливания, лампы дневного света, свечи и т. д.) не являются когерентными, т. е. не позволяют наблюдать явление интерференции.

Изобретение и распространение когерентных источников излучения — лазеров — сделало демонстрацию явления интерференции достаточно простой.

Для получения интерференционной картины при отсутствии лазеров пользуются классической интерференционной схемой (схемой Юнга), где пучок света разделяется на два пучка с помощью отверстий В и С в ширме (рис. 35). Поскольку эти пучки созданы одним и тем же источником, они являются когерентными. На экране в области DE наблюдается интерференционная картина.

Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами

Классический эксперимент по наблюдению интерференции Томас Юнг провел в 1801 г. Это позволило измерить длину световой волны и убедительно подтвердить волновую природу света.

Рассмотрим еще один распространенный случай интерференции — сложение волн с одинаковыми частотами, распространяющихся в противоположных направлениях (например, падающей и отраженной волны), приводящее к образованию в пространстве устойчивой картины чередования максимумов амплитуды колебаний (пучностей) и минимумов (узлов).

Волна, возникающая в результате сложения двух волн одинаковой частоты, распространяющихся в противоположных направлениях, называется стоячей волной (рис. 36).

Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами

Пример решения задачи:

Рассчитайте положения максимумов и минимумов интерференционной картины на экране MN, находящемся на расстоянии L = АО = 2,0 м от двух одинаковых когерентных источников света Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами, которые расположены в вакууме на расстоянии Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами мм друг от друга (рис. 37). Длина волны излучения источников Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами = 600 нм. Найдите расстояние Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами между соседними максимумами.

Интерференция света в физике - формулы и определения с примерамиИнтерференция света в физике - формулы и определения с примерами

Решение

До некоторой точки Р на экране волны проходят пути Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами

Максимумы интенсивности будут наблюдаться при условии

а минимумы при условии —                                    Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами

где m = 0, ±1, ±2…..

По теореме Пифагора из треугольников Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами находим

Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами

Откуда 

Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами

С учетом того, что Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами находим

Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами

С учетом условия максимумов получаем

Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами

Откуда расстояние от центра экрана до т-й светлой полосы находится из соотношения

Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами

Из условия минимумов находим положение темных полос:

Откуда    Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами

Расстояние между соседними максимумами Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами

Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами

Из полученной формулы видно, что ширина интерференционных полос увеличивается при уменьшении расстояния d между когерентными источниками.

Ответ: Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами

Волновая природа света и дисперсия света

Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами

Показатель преломления среды относительно вакуума называется абсолютным показателем преломления этой среды. Абсолютный показатель преломления среды показывает, во сколько раз скорость света в этой среде меньше скорости света в вакууме:    

Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами

Луч света, падающий на боковую грань треугольной призмы, отклоняется к основанию призмы.

Природа света

Несколько веков имели место два разных представления о природе света: корпускулярная и волновая природа света.

Основоположником представлений о корпускулярной природе света является И. Ньютон. Он считал, что свет является потоком частиц (корпускул). Прямолинейное распространение света и его отражение легко объяснялись согласно этому представлению.

Основоположником представлений о волновой природе света является голландский ученый Христиан Гюйгенс (1629-1695). Основной причиной возникновения этих представлений является прохождение световых лучей сквозь друг друга при распространении подобно волнам. В XIX веке английский ученый Томас Юнг (1773-1829) провел эксперименты, в которых обнаружил многочисленные факты, подтверждающие волновую природу света. Основоположник теории электромагнитного поля Дж. Максвелл теоретически обосновал электромагнитную волновую природу света. Согласно современным представлениям свет и другие электромагнитные волны обладают двойной — корпускулярной и волновой природой.

  • Заказать решение задач по физике

Дисперсия света

Одним из явлений, доказывающих волновую природу света, является дисперсия света.

Дисперсия света — это зависимость показателя преломления среды от частоты (длины волны) падающего света.

Впервые это явление исследовал Исаак Ньютон. Он поместил прозрачную стеклянную треугольную призму на пути тонкого пучка солнечного света, попадающего в затемненную комнату через маленькое отверстие в ставнях. Пройдя призму, солнечный луч разделился на спектр из семи составных цветных лучей. Последовательность цветов составных частей в дисперсионном спектре всегда одинакова: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый.

Среди монохроматических (содержащих свет одного цвета) лучей наиболее сильно преломляются фиолетовые лучи, а меньше других — красные (см: а). Причина явления объясняется на основе волновых представлений о свете. Так, абсолютный показатель преломления среды показывает, во сколько раз скорость света в этой среде меньше, чем в вакууме:

Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами

Здесь Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами— длина световой волны в вакууме. Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами— длина световой волны в среде. Значит, подвергающийся наименьшему преломлению красный свет имеет наименьший показатель преломления. А это означает, что красный свет обладает наибольшей длиной волны (или наименьшей частотой). Фиолетовый свет, наоборот, обладает наибольшим показателем преломления и наименьшей длиной волны (или наибольшей частотой). Из проведенных в дальнейшем экспериментов было определено, что дисперсионный спектр видимого света охватывает в шкале электромагнитных волн часть с длинами волн от Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами (красный) до Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами(фиолетовый).

Результат. Таким образом, явление дисперсии показало, что белый свет обладает сложным строением — состоит из монохроматических световых лучей разного цвета. Каждый монохроматический луч света обладает собственной частотой и длиной волны. Поэтому при прохождении монохроматического луча через стеклянную призму он, только преломляясь, изменяет своё направление (не разлагается на составные, не меняет окраски). Если разложенный призмой свет, состоящий из монохроматических составляющих, направить на вторую перевернутую призму, то на выходе из второй призмы опять получится белый свет.

Согласно физике цвета, ни один из трех основных цветов — красный, зеленый и синий, не могут получиться при смешивании двух других. Однако смешиванием основных цветов можно получить все остальные цвета и их оттенки.

Многоцветное восприятие нами окружающего мира объясняется явлениями поглощения, преломления и отражения света. Например, лист бумаги воспринимается нашим зрением белым потому, что он отражает падающий на него белый свет полностью. Если тело полностью поглощает падающий на него свет, то он воспринимается как черный, например, сажа.

Интерференция волн и интерференция света

•    Самые часто встречаемые колебания в природе являются колебаниями в связанных системах. В связанных колебательных системах колебания передаются от одного звена системы другой. Например, бросив в воду камень, можно наблюдать распространение концентрических водных кругов из точки падения камня. Нам кажется, что происходит распространение воды в виде выпуклостей и впадин.

Какая связанная система создает волну в воде?

Какие явления происходят в среде при распространении волны?

Обратите внимание на картину, образованную на неподвижной поверхности воды поплавками удочек рыболовов (а). При встрече волн друг с другом происходит их сложение. В результате в определенных точках пространства они усиливают друг друга (а, 1), а в других ослабляют (а, 2).

Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами

Интерференция волн

В исследовании вы наблюдали результат сложения когерентных волн, созданных на поверхности воды гармоническими колебаниями шариков генератора с одинаковой частотой.

Когерентные волны — это волны, созданные различными источниками колебания, имеющими одинаковую частоту колебаний и постоянную разность фаз, не зависящую от времени.

Результирующие колебания, образованные сложением когерентных волн, в зависимости от разности между расстояниями от источника колебаний до точки их встречи или усиливаются, или ослабляются — происходит интерференция волн.

Интерференция волн -усиление или ослабление амплитуды колебаний результирующей волны в результате сложения когерентных волн (лат. «интер» взаимно, «ферио» — ударю).

Усиление или ослабление амплитуды результирующей волны определяется условиями максимума и минимума интерференции.

Условие максимума интерференции

Максимум интерференции наблюдается в точках пространства (поверхности), в которых максимумы слагаемых волн накладываются друг на друга. Это зависит от разницы пройденных волнами путей от источника колебаний до этой точки.

Интерференционный максимум результирующей волны образуется в точках, в которых разность хода складываемых волн равна нулю или четному числу полудлин волн (разность фаз равна нулю или четному количеству Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами) (d):

Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами

Здесь Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами — разность путей, проходимых волнами до точки сложения (разность хода), k— порядок максимума, является целым числом: k= 0,1, 2,…. Между разностью фаз и разностью хода когерентных волн существует такая связь:

Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами

Учитывая выражение (1) в формуле (2), для разницы фаз максимума интерференции получим:

Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами

В этом случае при равенстве амплитуд складываемых волн амплитуда результирующего колебания будет равна сумме амплитуд исходных волн (е):

Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами

Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами

Условие минимума интерференции

Минимумы интерференции наблюдаются в тех точках пространства, в которые волны доходят в противофазе. При этом максимум одной волны совпадает с минимумом другой. В результате волны ослабляют друг друга.

Минимум интерференции наблюдается в точках, в которых разность хода слагаемых волн равна нечетному числу полудлин волн (разность фаз равна нечетному количеству Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами) (f):

Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами

Если при этом амплитуды складываемых волн равны, то в точке минимума интерференции амплитуда результирующей волны уменьшается до нуля (g):

Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами

Интерференция света

Интерференция — характерное свойство всех видов волн, в том числе и световых. Так, две световые волны при сложении в пространстве могут усиливать или ослаблять друг друга, даже может случиться и такой вариант: свет + свет = темнота.

Интерференция света — явление увеличения или уменьшения амплитуды результирующих световых колебаний в разных точках пространства вследствие сложения двух когерентных световых волн.

Долгие годы не могли найти способ получения когерентных световых волн, поэтому невозможно было доказать способность световых волн интерферировать.

Только в начале XIX века с помощью несложного устройства Томас Юнг смог наблюдать интерференцию света (h).

Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами      Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами

Классический опыт по наблюдению интерференции света состоит в следующем: солнечный свет освещает непрозрачный экран 1 и, пройдя через малое отверстие S в этом экране (проделанное булавкой), попадает на экран 2. Световые лучи, вышедшие из малых отверстий S1 и S2 на втором экране, являются когерентными. В результате интерференции этих волн на экране 3 появляются интерференционные полосы. В центральной части экрана наблюдаются чередующиеся цветные и темные полосы. По мере удаления от центра интерференционная картина ослабевает. Используя условие максимумов в этих опытах, Юнг смог на основе формулы (1) измерить длины световых волн для разных цветов. Как ни странно, первый опыт по интерференции света был проведен отрицающим его волновую природу Исааком Ньютоном. Поместив на стеклянной пластине плоско-выпуклую стеклянную линзу выпуклой стороной вниз, он осветил её сверху (i, 1). Посмотрев на линзу сверху, Ньютон увидел чередующиеся светлые и темные концентрические круги (i, 2), которые впоследствии стали называть кольцами Ньютона. Но ни Ньютон, ни повторявшие этот интересный опыт в течение более чем 100 лет ученые не смогли объяснить причину возникновения этих колец. И только в 1802 году Юнгу удалось объяснить происхождение колец Ньютона. Он объяснил кольца Ньютона таким образом: когда пучок света падает на плоскую поверхность линзы, то он, проходя сквозь нее, частично отражается от нижней сферической поверхности линзы (см. i-З, луч 1), а частично — от поверхности стеклянной пластинки, на которой лежит линза (см. i-З, луч 2). Вследствие такого многократного отражения образуются два когерентных луча. Эти лучи, складываясь, в соответствии с максимумами и минимумами интерференции создают интерференционную картину чередующихся темных и светлых концентрических кольца.

Определение длины световой волны

Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами

Представим, что расстояние между источниками когерентных волн S1 и S2 намного меньше расстояния от источников до экрана (j): Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами В таком случае световые волны, исходящие из этих источников и дошедшие до точки экрана m с координатой Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами, можно считать параллельными. Разность хода между этими лучами:

Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами

Вследствие малости угла Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами

Условие интерференционного максимума в этом случае будет:

Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами

Отсюда можно найти длину волны:

Интерференция света в физике - формулы и определения с примерами

  • Дифракция света
  • Принцип Гюйгенса — Френеля
  • Прохождение света через плоскопараллельные пластинки и призмы
  • Поляризация света
  • Преломление света
  • Полное отражение
  • Дисперсия света
  • Электромагнитная природа света

Для всех волн характерны явления интерференции и дифракции. Если свет — это волна, то для него также должны быть присущи эти явления. Так рассуждали ученые, которые считали, что свет имеет волновую природу. Первым привел экспериментальные доказательства интерференции и дифракции света Томас Юнг в 1801 году.

Это интересно! Явление интерференции света было описано и объяснено в 1801 году, но само понятие «интерференция света» было введено немного позже — в 1803 году.

Интерференция механических волн

Чтобы лучше понять явление интерференции, сначала объясним его на примере механических волн, за которыми удобней наблюдать. Часто случается, что в среде одновременно распространяется несколько различных волн. К примеру, когда в комнате может одновременно находиться несколько источников звука. Что же происходит, когда волны пересекают друг друга? Объясним это на примере волн, образуемых на поверхности воды.

Если бросить в воду два камешка, образуются две круговые волны. Если наблюдать за их распространением, мы увидим, что каждая волна проходит сквозь другую. Причем она ведет себя так, как будто другой волны не существовало. Точно так же любое количество звуковых волн может одновременно распространяться в воздухе. И они не будут друг другу мешать. Множество музыкальных инструментов в оркестре или голосов в хоре создает звуковые волны, которые улавливаются нами одновременно. При этом звуки не сливаются в шум: наши органы слуха способны легко отличить один звук от другого.

Интерференция и дифракция | Пикабу

Теперь рассмотрим более подробно процесс, когда волны накладываются одна на другую. Для этого будем наблюдать волны на поверхности воды от двух брошенных в воду камней. При этом мы заметим, что некоторые участки поверхности не возмущены, в других же местах возмущение усилилось. Если два гребня двух волн встречаются в одном месте, то в этом месте возмущение поверхности воды становится более сильным. Если же гребень одной волны встречается с впадиной другой, то поверхность воды в этом месте остается спокойной. Получается, что в каждой точке среды колебания, вызванные двумя волнами, складываются. Результирующее смещение любой частицы среды представляет собой алгебраическую сумму смещений, которые происходили бы при распространении одной из волн в отсутствие другой.

Интерференция — сложение в пространстве волн, при котором образуется постоянное во времени распределение амплитуд результирующих колебаний частиц среды.

Чтобы выяснить, при каких условиях наблюдается интерференция волн, одновременно возбудим две круговые волны в ванночке с помощью двух шариков, прикрепленных к стержням, колеблющимся по гармоническому закону.

Теперь представим явление интерференции схематически. В любой точке М на поверхности воды будут складываться колебания, вызванные двумя волнами от источников O1 и O2 (см. рисунок ниже). Амплитуды колебаний, вызванных в точке М обеими волнами, будут различаться, если волны проходят различные пути d1 и d2. Но если расстояние l между источниками много меньше этих путей, то обе амплитуды можно считать приближенно одинаковыми.

Результат сложения волн, приходящих в точку М зависит от разности фаз между ними. Пройдя различные расстояния d1 и d2, волны имеют разность хода, определяемую формулой:

Δd = d2  d1

Когда разность хода равна длине волны λ, то вторая волна запаздывает по сравнению с первой на один период. Так как за период волна проходит путь, равный ее длине волны, то в точке встречи двух волн фазы совпадают. Если в этой точке волны имеют гребни, то совпадают гребни, если впадины — совпадают впадины.

Условие минимумов и максимумов

Когда гребни волн на поверхности волны складываются в одной точке, их амплитуда резко возрастает. В этом случае говорят, что в этой точке образуется интерференционный максимум. Когда впадины волн на поверхности волны складываются в одной точке, их амплитуда резко уменьшается. В этом случае говорят, что в этой точке образуется интерференционный минимум. Интерференционные минимумы и максимумы образуются при соблюдении определенных условий.

Если разность хода волн равна нечетному числу полуволн, то в точке наложения этих волн образуется интерференционный минимум. Амплитуда колебаний в данной точке минимальна.

Δd=(2k+1)λ2

k = 0, 1, 2, … .

Если разность хода волн равна целому числу волн, то в точке наложения этих волн образуется интерференционный максимум. Амплитуда колебаний в данной точке максимальна.

Δd=kλ

Если разность хода ∆d принимает промежуточное значение между λ и λ/2, амплитуда результирующих колебаний принимает некоторое промежуточное значение между удвоенной амплитудой и нулем. Но важной примечательностью является то, что амплитуда колебаний в любой точке с течением времени не меняется. Поэтому на поверхности воды возникает определенное, постоянное во времени распределение амплитуд колебаний, которое называют интерференционной картиной.

ВОЛНЫ - это... Что такое ВОЛНЫ?

Для формирования устойчивой интерференционной картины важно, чтобы источники волн имели одинаковую частоту, и разность фаз их колебаний не менялась с течением времени. Такие источники волн называют когерентными.

Когерентные волны — это волны, имеющие одинаковые частоты, постоянную разность фаз, а колебания происходят в одной плоскости.

Только когерентные волны при сложении формируют устойчивую интерференционную картину. Если же источники волн некогерентные, то в любой точке среды разность фаз колебаний, возбуждаемых двумя волнами, будет с течением времени изменяться. Поэтому амплитуда результирующих колебаний также будет непрерывно изменяться. В результате максимумы и минимумы в пространстве будут иметь неопределенное положение. Поэтому интерференционная картина получается размытой.

Распределение энергии при интерференции

Любая волна переносит энергию без переноса вещества. Но что же с этой энергией происходит при интерференции волн? Если волны встречаются друг с другом, энергия никуда не исчезает и не превращается в другие формы энергии. Она лишь перераспределяется таким образом, что в минимумах он не поступает совсем, поскольку концентрируется в максимумах.

Интерференция света

Ели свет — это поток волн, то должно наблюдаться явление интерференции. Однако получить интерференционную картину, при которой чередуются минимумы и максимумы с помощью двух независимых источников света (к примеру, двух ламп), невозможно. Включение второй лампы лишь увеличивает освещенность поверхности, но не создает картины из минимумов и максимумов. Это объясняется несогласованностью волн друг с другом. Для получения же устойчивой интерференционной картины нужны согласованные, то есть когерентные световые волны. Они должны иметь одинаковые длины волн и постоянную во времени разность фаз в любой точке пространства.

Однако наблюдать интерференцию света все же можно. Вы ее наблюдали, когда пускали мыльные пузыри или рассматривали пленку нефти на поверхности воды.

LAWS OF THE UNIVERSE (3) – HILOBROW

Томас Юнг — первый из ученых, который предложил объяснить изменение цветов тонких пленок сложением волн. Согласно его предположению, одна волна отражается от наружной поверхности плёнки, а другая — от внутренней. При этом возникает явление, называемой интерференцией световых волн.

Усиление света происходит в том случае, если преломлённая волна запаздывает по сравнению с отражённой волной на целое число длин волн. Здесь действует условие максимумов, о котором мы говорили выше:

Δd=kλ

Если вторая волна запаздывает по сравнению с первой на половину длины волны или на нечетное число полуволн, то произойдет ослабление света. Здесь действует условие минимумов, о котором мы также уже говорили:

Δd=(2k+1)λ2

Четкая интерференционная картина получается потому, что волны, отраженные от внутренней и внешней оболочки тонкой пленки, являются когерентными. Когерентность этих волн объясняется тем, что они являются частями одного и того же светового луча.

Юнг сделал вывод, что многообразие цветов на мыльной пленке связано с разницей в длине волны. Если плёнка имеет неоднородную толщину, то при освещении её белым светом появляются различные цвета.

Простую интерференционную картину также можно получить, если положить на стеклянную поверхность плоско-выпуклую линзу, сферическая поверхность которой имеет большой радиус кривизны. Интерференционная картина, полученная таким способом, носит название колец Ньютона.

Исаак Ньютон исследовал интерференционную картину, получаемую в тонкой прослойке воздуха между стеклом и линзой, не только в белом свете, но и при освещении линзы монохроматическими лучами. Так он установил, что радиусы колец одного и того же порядкового номера увеличиваются при переходе от фиолетового конца спектра к красному. Так, красные кольца имеют максимальный радиус. Расстояние между соседними кольцами уменьшаются с увеличением их радиусов.

Ньютону удалось получить кольца, но их появление он объяснить не смог. Но это удалось сделать Юнгу. Проведенный им опыт показал, что волна определённой длины падает на плосковыпуклую линзу почти перпендикулярно. Волна 1 появляется в результате отражения от выпуклой поверхности линзы на границе сред стекло-воздух, а волна 2 — в результате отражения от пластины на границе сред воздуха- стекло.

https://resh.edu.ru/uploads/lesson_extract/5906/20190725164602/OEBPS/objects/c_phys_11_16_1/d8f37877-578d-4f4a-9ed3-7e1980d250b2.png

Если вторая волна запаздывает по сравнению с первой на целое число длин волн, то при сложении волны усиливают друг друга. Если вторая волна запаздывает по сравнению с первой на нечётное число полуволн, то колебания в точке сложения будут совпадать в противоположных фазах. При этом волны погасят друг друга.

В результате проделанного эксперимента Юнг смог получить картину, которая состоит из чередующихся параллельных полос (темных и светлых)

Интерференция света – это явление сложения двух и более когерентных волн, приводящее к образованию в пространстве устойчивой картины чередующегося максимумом и минимумом интенсивности.

Это интересно! Измеряя радиусы колец Ньютона, можно вычислить длины волн. В ходе измерений было установлено, что для красного света λкр = 8∙10–7 м, а для фиолетового — λ= 4∙ 10–7 м.

Пример №1. Будет ли наблюдаться интерференционная картина при освещении мыльной пленки монохроматическим светом? Какой она будет?

Поскольку источник света один и тот же, то отраженные от обеих поверхностей мыльной пленки волны будут когерентными. Поэтому интерференционная картина наблюдаться будет. Она примет вид чередующихся цветных и темных полос. Цвет полос определяется цветом световой волны, который зависит от ее длины волны.

Задание EF17533

На поверхность тонкой прозрачной плёнки падает по нормали пучок белого света. В отражённом свете плёнка окрашена в зелёный цвет. При использовании плёнки такой же толщины, но с несколько меньшим показателем преломления, её окраска будет

Ответ:

а) только зелёной

б) находиться ближе к красной области спектра

в) находиться ближе к синей области спектра

г) только полностью чёрной


Алгоритм решения

1.Описать наблюдаемое явление.

2.Записать условие наблюдения интерференционного максимума.

3.Выполнить решение в общем виде.

4.Установить, в какой цвет будет окрашена пленка.

Решение

При освещении тонкой плёнки можно наблюдать интерференцию световых волн, отражённых от передней и задней поверхностей плёнки. Условием интерференционного максимума для излучения с длиной волны λ является:

kλ=2dn+Δ

Δ — либо 0, либо λ2 (это зависит от соотношения показателей преломления на границе двуз сред). Тогда при малом изменении значения показателя преломления в меньшую сторону и сохранении порядка k (как в нашем случае и есть), длина волны света будет уменьшаться. Это значит, что из зеленой части спектра она сдвинется в синюю часть.

Ответ: в

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор

Задание EF17707

На две щели в экране слева падает плоская монохроматическая световая волна перпендикулярно экрану. Длина световой волны λ. Свет от щелей S1 и S2, которые можно считать когерентными синфазными источниками, достигает экрана Э. На нём наблюдается интерференционная картина. Тёмная полоса в точке А наблюдается, если

Ответ:

а) S2А – S1А = 2k⋅λ/2, где k– любое целое число

б) S2А – S1А = (2k + 1) ⋅λ/2, где k– любое целое число

в) S2А – S1А = λ/3k, где k– любое целое число

г) S2А – S1А = λ/(2k+1), где k– любое целое число


Алгоритм решения

1.Записать условие наблюдения интерференционного минимума.

2.Выбрать выражение, удовлетворяющее этому условию.

Решение

В точке А будет наблюдаться темное пятно, если волны, достигающие этой точки, будут гасить друг друга. Это возможно при соблюдении условия минимума:

Δd=(2k+1)λ2

Разность хода в данном случае равна:

Δd=S2AS1A

Следовательно:

S2AS1A=(2k+1)λ2

где k — целое число.

Ответ: б

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор

Задание EF17972

Точечные источники света S1 и S2 находятся близко друг от друга и создают на удалённом экране Э устойчивую интерференционную картину (см. рисунок). Это возможно, если S1 и S2 – малые отверстия в непрозрачном экране, освещённые

Ответ:

а) каждое своей лампочкой накаливания

б) каждое своей горящей свечой

в) одно зелёным лазером, другое красным

г) светом одной лампочки накаливания


Алгоритм решения

  1. Записать условие наблюдения интерференционной картины.
  2. Проанализировать источники и выбрать подходящий под условие.

Решение

Четкая интерференционная картина наблюдается только при освещении щелей когерентными лучами света, имеющими постоянную разность фаз. Когерентные — значит волнами одной частоты. Поэтому лазер зеленый и красный сразу не подходят — они имеют разные частоты.

Одна и та же частота и постоянная разность фаз будет только при условии, что щели освещаются одним источником света. В данном случае — одной и той же лампой накаливания.

Ответ: г

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор

Алиса Никитина | Просмотров: 4.8k

Понравилась статья? Поделить с друзьями:
  • Как найти глаза эндерменов
  • Как исправить запаздывающий звук
  • Как найти ссылки в коде сайта
  • Как найти улицу в краснодаре
  • Как найти неизвестную сторону треугольника 8 класс