Слайд 3

Когерентные волны

• Для образования устойчивой интерференционной картины необходимо, чтобы источники волн были когерентными.
• Волны, имеющие одинаковую частоту и постоянную во времени разность фаз, называются когерентными.
• Все источники света, кроме лазеров, некогерентные.

Слайд 4

Как можно наблюдать интерференцию света?

• Чтобы наблюдать интерференцию света, надо получить когерентные световые пучки.
• Для этого, до появления лазеров, во всех приборах для наблюдения интерференции света когерентные пучки получались путем разделения и последующего сведения световых лучей, исходящих из одного источника света.
• Для этого использовались щели, зеркала и призмы.

Слайд 5

Опыт Юнга

• В начале 19-го века английский ученый Томас Юнг поставил опыт, в котором можно было наблюдать явление интерференции света.
• Свет, пропущенный через узкую щель, падал на две близко расположенные щели, за которыми находился экран.
• На экране вместо ожидаемых двух светлых полос появлялись чередующиеся цветные полосы.

Слайд 6

Схема опыта Юнга

Слайд 7

Наблюдение интерференции в лабораторных условиях

Слайд 8

Интерференционные максимумы

Интерференционные максимумы наблюдаются в точках, для которых разность хода волн ∆d равна четному числу полуволн, или, что то же самое, целому числу волн.

Слайд 9

Интерференционные минимумы

Интерференционные минимумы наблюдаются в точках, для которых разность хода волн ∆d равна нечетному числу полуволн.

Слайд 10

Интерференция в тонких пленках

Мы много раз наблюдали интерференционную картину, когда наблюдали за мыльными пузырями, за радужным переливом цветов тонкой пленки керосина или нефти на поверхности воды.

Слайд 11

Объяснение интерференции в тонких пленках

• Происходит сложение волн, одна из которых отражается от наружной поверхности пленки, а вторая - от внутренней.
• Когерентность волн, отраженных от наружной и внутренней поверхностей пленки, обеспечивается тем, что они являются частями одного и того же светового пучка.

Слайд 12

Объяснение цвета тонких пленок

• Томас Юнг объяснил, что различие в цвете связано с различием в длине волны (или частоте световых волн).
• Световым пучкам различного цвета соответствуют волны различной длины.

Слайд 13

Для взаимного усиления волн, отличающихся друг от друга длиной (углы падения предполагаются одинаковыми), требуется различная толщина пленки.

Слайд 14

Следовательно, если пленка имеет неодинаковую толщину, то при освещении ее белым светом должны появиться различные цвета.

Слайд 15

Кольца Ньютона

Простая интерференционная картина возникает в тонкой прослойке воздуха между стеклянной пластиной и положенной на нее плоско-выпуклой линзой, сферическая поверхность которой имеет большой радиус кривизны.

Слайд 16

Интерференционная картина имеет вид концентрических колец.

Слайд 17

Объяснение «колец Ньютона»

• Волна 1 отражается от нижней поверхности линзы, а волна 2 - от поверхности лежащего под линзой стекла.
• Волны 1 и 2 когерентны: они имеют одинаковую длину и постоянную разность фаз, которая возникает из-за того, что волна 2 проходит больший путь, чем волна 1.

Слайд 18

Определение радиуса колец Ньютона

• Если известен радиус кривизны R поверхности линзы, то можно вычислить, на каких расстояниях от точки соприкосновения линзы со стеклянной пластиной разности хода таковы, что волны определенной длины λ гасят друг друга.
• Эти расстояния являются радиусами темных колец Ньютона, так как линии постоянной толщины воздушной прослойки представляют собой окружности.

Слайд 19

Определение длины волны

Зная радиусы колец, можно вычислить длину волны, используя формулу, где R - радиус кривизны выпуклой поверхности линзы (k = 0,1,2,...), r - радиус кольца.

Слайд 20

Дифракция света

Дифракция света - отклонение волны от прямолинейного распространения при прохождении через малые отверстия и огибание волной малых препятствий.

Слайд 21

Условие проявления дифракции

где d - характерный размер отверстия или препятствия, L - расстояние от отверстия или препятствия до экрана.

Слайд 22

Наблюдение дифракции света

Дифракция приводит к проникновению света в область геометрической тени

Слайд 23

Соотношение между волновой и геометрической оптикой

• Одно из основных понятий волновой теории - фронт волны.
• Фронт волны - это совокупность точек пространства, до которых в данный момент дошла волна.

Слайд 24

Принцип Гюйгенса

Каждая точка среды, до которой доходит волна, служит источником вторичных волн, а огибающая этих волн представляет собой волновую поверхность в следующий момент времени.

Слайд 25

Объяснение законов отражения и преломления света с точки зрения волновой теории

• Пусть плоская волна падает под углом на границу раздела двух сред.
• Согласно принципу Гюйгенса, каждая точка этой границы сама становится источником сферических волн.
• Волны, идущие во вторую среду, формируют преломленную плоскую волну.
• Волны, возвращающиеся в первую среду, формируют отраженную плоскую волну.

Слайд 26

Отражение света

• Фронт отраженной волны BD образует такой же угол с плоскостью раздела двух сред, что и фронт падающей волны AC.
• Эти углы равны соответственно углам падения и отражения.
• Следовательно, угол отражения равен углу падения.

Слайд 27

Преломление света

• Фронт падающей волны AC составляет больший угол с поверхностью раздела сред, чем фронт преломленной волны.
• Углы между фронтом каждой волны и поверхностью раздела сред равны соответственно углам падения и преломления.
• В данном случае угол преломления меньше угла падения.

Слайд 28

Закон преломления света

• Расчеты показывают, что отношение синусов этих углов равно отношению скорости света в первой среде к скорости света во второй среде.
• Для данных двух сред это отношение постоянно.
• Отсюда следует закон преломления: отношение синуса угла падения к синусу угла преломления постоянно для данных двух сред.

Слайд 29

Физический смысл показателя преломления

Абсолютный показатель преломления равен отношению скорости света c в вакууме к скорости света v в данной среде.

Слайд 30

Вывод

Законы геометрической оптики являются следствиями волновой теории света, когда длина световой волны намного меньше размеров препятствий.

Посмотреть все слайды

Волновые свойства света: интерференция, дифракция, поляризация Световые волны рассматриваются по своей природе как электромагнитные волны, обладающие всеми их свойствами. Волновая оптика – раздел оптики, объясняющий оптические явления на основе волновой природы света. Волновая оптика описывает такие оптические явления, как интерференция, дифракция, поляризация, дисперсия.

Интерференция света Электромагнитные волны, как и механические волны, обладают принципом суперпозиции, то есть, если в среде одновременно распространяются несколько волн, то они распространяются независимо друг от друга. Однако, в тех местах, где одни колебания накладываются на другие колебания, их амплитуды векторно складываются. При этом может наблюдаться как увеличение интенсивности света (когда накладываются волны с одинаковыми фазами), так и ослабление интенсивности (при сложении волн с противоположными фазами). Это явление получило название интерференции света. Интерференция света – это сложение двух и более волн, вследствие которого наблюдается устойчивая картина усиления и ослабления световых колебаний в разных точках пространства. Интерферировать могут лишь когерентные волны, т. е. волны имеющие одинаковую частоту и постоянную во времени разность фаз. Когерентные источники в природе отсутствуют, но они могут быть получены разными способами. Один из них показан на рисунке. Здесь показано, как с помощью экрана Э 1 с двумя узкими щелями получают из одного источника света S два когерентных. Интерференционную картину в виде чередующихся светлых и темных полос наблюдают на экране Э 2.

Интерференционные картины можно наблюдать на тонких масляных пленках на поверхности воды, мыльных пузырях, крыльях стрекоз, цвета побежалости на поверхности металла после нагрева. Явление интерференции в тонких пленках находит применение для определения длин волн излучения источников света, для контроля качества обработки полированной поверхности, определения коэффициента расширения тел при нагревании и т. д. Существуют специальные приборы – интерферометры, предназначенные для измерения длин тел, показателей преломления с большой точностью.

Дифракция света Дифракция – это способность волн огибать встречающиеся на их пути препятствия, отклоняться от прямолинейного распространения. Чтобы наблюдать дифракцию световых волн, необходимы определённые условия: либо размеры препятствий (или отверстий) должны быть очень малыми, либо расстояние от препятствия до наблюдаемой картины должно быть велико. Возьмем на пути лучей от точечного источника света S поставим преграду с очень маленьким отверстием диаметра d, тогда на экране Э увидим систему чередующихся светлых и тёмных колец (при условии, что d

Дифракционные картины нередко наблюдаются в естественных условиях. Например, цветные кольца, окружающие источник света, наблюдаемый сквозь туман или через запотевшее оконное стекло, или при рассматривании яркого источника через ресницы. Для наблюдения дифракции используются специальные приборы – дифракционные решетки. Дифракционная решетка (одномерная) представляет собой систему параллельных равноотстоящих друг от друга щелей равной ширины. Простейшая дифракционная решетка может быть изготовлена из стеклянной пластинки, на которой алмазным резцом нанесены параллельные царапины с неповрежденными промежутками между ними (щелями). Расстояние между соседними щелями называется периодом или постоянной решетки d (рис.).

где а – расстояние между соседними щелями, b – ширина щели. Разность хода Δ лучей, приходящихся в произвольную точку Р от двух соседних щелей будет:

Очевидно, колебания в точке Р будут усиливать друга, если разность фаз лучей будет равна 0 или отличатся на 2π, чему соответствует: где k = 0, 1, 2, 3. . . Тогда условием наблюдения максимумов (усиления колебаний) света будет: где k = 0, 1, 2, 3. . . Вследствие дифракции происходит неравномерное перераспределение световой энергии между максимумами. Дифракционная решетка является спектральным прибором. С ее помощью можно определять длины волн в спектрах излучения источников (например, звезд):

Поляризация света Как было показано выше, свет, излучаемый большинством источников, представляет собой наложение огромного количества волн, испущенных отдельными атомами. Так как атомы излучают независимо друг от друга, то пространственная ориентация векторов Е волн разных атомов произвольна. Такой свет называется естественным (рис. а) Луч, в котором колебания вектора Е происходят только в одном направлении (имеют полярность), называется плоскополяризованным (или линейнополяризованным) (рис. б). Плоскость, в которой совершает колебания вектор Е называется плоскость колебаний. Плоскость, в которой колеблется вектор Н (или В), назвали плоскостью поляризации. Угол между этими плоскостями 900. Естественный свет можно превратить в поляризованный с помощью приборов которые называются поляризаторами. При падении естественного света на границу раздела сред, с разными показателями преломления, отраженный и преломленный луч всегда поляризованы.