УСІ УРОКИ ФІЗИКИ
11 КЛАС

ЕЛЕКТРОДИНАМІКА

Хвильова й квантова оптика

УРОК 4/41

Тема. Інтерференція світла

Мета уроку: на прикладі явища інтерференції ознайомити учнів із хвильовими властивостями світла.

Тип уроку: комбінований урок.

ПЛАН УРОКУ

ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Інтерференція хвиль

Оскільки хвилі не взаємодіють одна з одною, то кожна область простору, куди приходять дві або кілька хвиль, буде брати участь у коливаннях, зумовлених кожною хвилею окремо.

Для того щоб знайти результуюче зміщення у певній точці простору, потрібно знайти зміщення, спричинене кожною хвилею, а потім скласти їх.

Додавання в просторі хвиль, за яких утворюється постійний у часі розподіл амплітуд результуючих коливань, називається інтерференцією.

Ø  Інтерференцією хвиль називається явище посилення коливань в одних точках простору й ослаблення в інших у результаті накладення двох або декількох хвиль, що приходять у ці точки.

Дослід Т. Юнга

2. Когерентність

Оскільки світло має хвильові властивості, то повинне спостерігатися явище інтерференції світла. Але одержати інтерференційну картину (чергування максимумів і мінімумів освітленості) за допомогою двох незалежних джерел світла, наприклад двох електричних лампочок, неможливо.

Справа в тому, що стійка інтерференційна картина виникає тільки в тому випадку, коли складаються хвилі з однаковою довжиною хвилі і, як говорять, погоджені одна з одною за фазою — наприклад, такі, що перебувають увесь час в однаковій фазі або протифазі. Такі «погоджені» хвилі називають когерентними.

Хвилі, що йдуть від різних джерел світла, не бувають когерентними, тому що світло випускають атоми у вигляді порівняно коротких «порцій» хвиль, причому окремі порції не погоджені одна з одною. У результаті амплітуда коливань у будь-якій точці простору хаотично змінюється з часом. Ніякої стійкої картини з певним розподілом максимумів і мінімумів освітленості не спостерігається.

3. Інтерференція світла

Для одержання двох когерентних світлових хвиль випромінювання від того самого атома можна розділити шляхом відбиття або заломлення на два пучки.

У школі зазвичай розглядають два методи:

1) метод Френеля;

2) метод Ньютона.

За допомогою методу Френеля вивчають інтерференційний дослід із дзеркалами або біпризмою Френеля. У першому випадку використовують явище відбиття, у другому — заломлення.

Використовуючи метод Ньютона, можна розглянути інтерференцію в тонких плівках і за допомогою кілець Ньютона.

У випадку хвиль від двох джерел взаємне посилення хвиль відбувається там, куди дві хвилі приходять в однаковій фазі, тобто максимум однієї хвилі збігається з максимумом іншої, а мінімум збігається з мінімумом.

Ø  Амплітуда коливань середовища в певній точці максимальна, якщо різниця ходу двох хвиль, що збуджують коливання в цій точці, дорівнює цілому числу довжин хвиль:

де Δх — різниця ходу двох хвиль, a k = 0, 1, 2, ...

Якщо ж у цю точку дві хвилі приходять у протифазі, тобто максимум однієї із хвиль накладається на мінімум іншої, ці хвилі послаблюють одна одну.

Ø  Амплітуда коливань середовища в певній точці мінімальна, якщо різниця ходу двох хвиль, що збуджують коливання в цій точці, дорівнює непарному числу напівхвиль:

ПИТАННЯ ДО УЧНІВ У ХОДІ ВИКЛАДУ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

Перший рівень

1. Чому не можна спостерігати явище інтерференції від двох незалежних джерел світла?

2. Як можна одержати когерентні світлові хвилі?

3. Що таке інтерференційний максимум? мінімум?

Другий рівень

1. Чи буде спостерігатися на поверхні води інтерференційна картина, якщо у воду одночасно кинути два камені?

2. Чи спостерігатиметься інтерференційна картина, якщо кинути у воду жменю піску?

ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ

1). Якісні питання

1. Чому товстий шар нафти не має райдужного забарвлення?

2. Чи можна спостерігати інтерференцію світла від двох поверхонь шибки?

2). Навчаємося розв'язувати задачі

1. У деяку точку простору приходять когерентні промені з оптичною різницею ходу 2 мкм. Визначте, посилиться чи ослабне світло в цій точці, якщо в неї приходять фіолетові промені довжиною хвилі 400 нм.

2. У деяку точку простору приходять когерентні промені з оптичною різницею ходу 2 мкм. Визначте, посилиться чи ослабне світло в цій точці, якщо в неї приходять червоні промені довжиною хвилі 700 нм.

ЩО МИ ДІЗНАЛИСЯ НА УРОЦІ

·       Інтерференцією хвиль називається явище посилення коливань в одних точках простору й ослаблення в інших в результаті накладення двох або декількох хвиль, що приходять у ці точки.

·       Когерентні (зв’язані) хвилі — це хвилі, що мають однакову частоту й незмінне зрушення фаз у кожній точці простору. Когерентні джерела — це джерела, що мають однакову частоту й незмінне зрушення фаз у часі.

·       Амплітуда коливань середовища в певній точці максимальна, якщо різниця ходу двох хвиль, що збуджують коливання в цій точці, дорівнює цілому числу довжин хвиль:

·       Амплітуда коливань середовища в певній точці мінімальна, якщо різниця ходу двох хвиль, що збуджують коливання в цій точці, дорівнює непарному числу напівхвиль:

Домашнє завдання

1. Підр.: § 25 (п. 1).

2. 3б.:

Рів1 № 14.10; 14.11; 14.13; 14.27.

Рів2 № 14.36; 14.37; 14.38.

Рів3 № 14.52, 14.53; 14.54.