Волновая оптика. Интерференция волн от двух точечных источников презентация

физики МОУ СОШ N26
Яровикова ТВ учитель физики МОУ СОШ N28


Руководитель: Разинкина ЕМ

Магнитогорск
февраль 2004

Волновая оптика

колебаний в результате сложения двух или нескольких волн от когерентных источников

Условие max :



Условие min :

(где к - целое число, ∆d- разность хода)

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 что-нибудь иное). В точке M на рисунке лучи имеют оптическую разность хода d=nd-d=d(n-1).

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.

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:

линзы)

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.

.

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.

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.

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 .

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.

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.

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).

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.

с поляризатором

без поляризатора

C помощью поляризатора можно притемнить яркий свет неба
по сравнению с другими объектами съемки.

волны (или частоты)




Дисперсия света на стеклянной призме позволяет разложить световой пучок на спектральные составляющие, распространяющиеся под разными углами к первоначальному направлению