Интерференция и дифракция света 11 «Е» выполнил Миронов Павел Интерференция и дифракция света 11 «Е» выполнил Миронов Павел. - презентация

1 Интерференция и дифрааакция света 11 «Е» выпол нил Миронов Павел Интерференция и дифрааакция света 11 «Е» выпол нил Миронов Павел

2 Интерференция – одно из ярких проявлений вол новой природы света. Это интересное и красивое явление наблюдается при определенных условиях при наложении двух или нескольких световых пучков. Интенсивность света в области перекрытия пучков имеет характер чередующихся светлых и темных полос, причем в максимумах интенсивность больше, а в минимумах меньше суммы интенсивностей пучков. При использовании белого света интерференционные полосы оказываются окрашенными в различные цвета спектра. С интерференционными явлениями мы сталкиваемся довольно часто: цвета масляных пятен на асфальте, окраска замерзающих оконных стекол, причудливые цветные рисунки на крыльях некоторых бабочек и жуков – все это проявление интерференции света Интерференция – одно из ярких проявлений вол новой природы света. Это интересное и красивое явление наблюдается при определенных условиях при наложении двух или нескольких световых пучков. Интенсивность света в области перекрытия пучков имеет характер чередующихся светлых и темных полос, причем в максимумах интенсивность больше, а в минимумах меньше суммы интенсивностей пучков. При использовании белого света интерференционные полосы оказываются окрашенными в различные цвета спектра. С интерференционными явлениями мы сталкиваемся довольно часто: цвета масляных пятен на асфальте, окраска замерзающих оконных стекол, причудливые цветные рисунки на крыльях некоторых бабочек и жуков – все это проявление интерференции света Интерференция – одно из ярких проявлений вол новой природы света. Это интересное и красивое явление наблюдается при определенных условиях при наложении двух или нескольких световых пучков. Интенсивность света в области перекрытия пучков имеет характер чередующихся светлых и темных полос, причем в максимумах интенсивность больше, а в минимумах меньше суммы интенсивностей пучков. При использовании белого света интерференционные полосы оказываются окрашенными в различные цвета спектра. С интерференционными явлениями мы сталкиваемся довольно часто: цвета масляных пятен на асфальте, окраска замерзающих оконных стекол, причудливые цветные рисунки на крыльях некоторых бабочек и жуков – все это проявление интерференции света

3 Первый эксперимент по наблюдению 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 Первый эксперимент по наблюдению 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 Первый эксперимент по наблюдению 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

4 Кольца Ньютона Интерференционная картина, возникающая при отражении света от двух поверхностей воздушного зазора между плоской стеклянной пластинкой и наложенной на нее плоско-выпуклой линзой большого радиуса кривизны, называется кольцами Ньютона. Радиусы колец Ньютона зависят от длины вол ны λ падающего света и радиуса кривизны R выпуклой поверхности линзы. В центре картины всегда наблюдается темное пятно. Интерференционная картина, возникающая при отражении света от двух поверхностей воздушного зазора между плоской стеклянной пластинкой и наложенной на нее плоско-выпуклой линзой большого радиуса кривизны, называется кольцами Ньютона. Радиусы колец Ньютона зависят от длины вол ны λ падающего света и радиуса кривизны R выпуклой поверхности линзы. В центре картины всегда наблюдается темное пятно. где r1 – радиус первого темного кольца где r1 – радиус первого темного кольца Компьютерный эксперимент является аналогом интерференционного опыта Ньютона. Можно изменять длину вол ны λ света и радиус кривизны r поверхности линзы. На экране возникает в увеличенном масштабе картина колец Ньютона и высвечивается значение радиуса r1 первого темного кольца. Компьютерный эксперимент является аналогом интерференционного опыта Ньютона. Можно изменять длину вол ны λ света и радиус кривизны r поверхности линзы. На экране возникает в увеличенном масштабе картина колец Ньютона и высвечивается значение радиуса r1 первого темного кольца. Интерференционная картина, возникающая при отражении света от двух поверхностей воздушного зазора между плоской стеклянной пластинкой и наложенной на нее плоско-выпуклой линзой большого радиуса кривизны, называется кольцами Ньютона. Радиусы колец Ньютона зависят от длины вол ны λ падающего света и радиуса кривизны R выпуклой поверхности линзы. В центре картины всегда наблюдается темное пятно. где r1 – радиус первого темного кольца Компьютерный эксперимент является аналогом интерференционного опыта Ньютона. Можно изменять длину вол ны λ света и радиус кривизны r поверхности линзы. На экране возникает в увеличенном масштабе картина колец Ньютона и высвечивается значение радиуса r1 первого темного кольца. Ньютон не смог объяснить с точки зрения корпускулярной теории, почему возникают кольца, однако он понимал, что это связано с какой-то периодичностью световых процессов. Ньютон не смог объяснить с точки зрения корпускулярной теории, почему возникают кольца, однако он понимал, что это связано с какой-то периодичностью световых процессов.

5 Опыт Юнга Исторически первым интерференционным опытом, получившим объяснение на основе вол новой теории света, явился опыт Юнга (1802 г.). В опыте Юнга свет от источника, в качестве которого служила узкая щель S, падал на экран с двумя близко расположенными щелями S1 и S2. Проходя через каждую из щелей, световой пучок уширялся вследствие дифракции, поэтому на белом экране Э световые пучки, прошедшие через щели S1 и S2, перекрывались. В области перекрытия световых пучков наблюдалась интерференционная картина в виде чередующихся светлых и темных полос Юнг был первым, кто понял, что нельзя наблюдать интерференцию при сложении вол н от двух независимых источников. Поэтому в его опыте щели S1 и S2 освещались светом одного источника S. При симметричном расположении щелей вторичные вол ны, испускаемые источниками S1 и S2, находятся в фазе, но эти вол ны проходят до точки наблюдения P разные расстояния r1 и r2. Следовательно, фазы колебаний, создаваемых вол нами от источников S1 и S2 в точке P, вообще говоря, различны. Таким образом, задача об интерференции вол н сводится к задаче о сложении колебаний одной и той же частоты, но с разными фазами. Утверждение о том, что вол ны от источников S1 и S2 распространяются независимо друг от друга, а в точке наблюдения они просто складываются, является опытным фактом и носит название принципа суперпозиции.

6 Дифра́аакция во́л н (лат. diffractus буквально разломанный, переломанный) явление, которое можно рассматривать как отклонение от законов геометрической оптики при распространении вол н. Первоначально понятие дифракции относилось только к огибанию вол нами препятствий, но в современном, более широком толковании, с дифракцией связывают весьма широкий круг явлений, возникающих при распространении вол н в неоднородных средах, а также при распространении ограниченных в пространстве вол н. Дифрааакция тесно связана с явлением интерференции. При этом само явление дифракции зачастую трактуют как частный случай интерференции (интерференция вторичных вол н). Дифра́аакция во́л н (лат. diffractus буквально разломанный, переломанный) явление, которое можно рассматривать как отклонение от законов геометрической оптики при распространении вол н. Первоначально понятие дифракции относилось только к огибанию вол нами препятствий, но в современном, более широком толковании, с дифракцией связывают весьма широкий круг явлений, возникающих при распространении вол н в неоднородных средах, а также при распространении ограниченных в пространстве вол н. Дифрааакция тесно связана с явлением интерференции. При этом само явление дифракции зачастую трактуют как частный случай интерференции (интерференция вторичных вол н). Дифрааакция вол н наблюдается независимо от их природы и может проявляться: Дифрааакция вол н наблюдается независимо от их природы и может проявляться: в преобразовании пространственной структуры вол н. В одних случаях такое преобразование можно рассматривать как «огибание» вол нами препятствий, в других случаях как расширение угла распространения вол новых пучков или их отклонение в определенном направлении; в преобразовании пространственной структуры вол н. В одних случаях такое преобразование можно рассматривать как «огибание» вол нами препятствий, в других случаях как расширение угла распространения вол новых пучков или их отклонение в определенном направлении; в разложении вол н по их частотному спектру; в разложении вол н по их частотному спектру; в преобразовании поляризации вол н; в преобразовании поляризации вол н; в изменении фазовой структуры вол н. в изменении фазовой структуры вол н. Дифрааакция вол н (лат. diffractus буквально разломанный, переломанный) явление, которое можно рассматривать как отклонение от законов геометрической оптики при распространении вол н. Первоначально понятие дифракции относилось только к огибанию вол нами препятствий, но в современном, более широком толковании, с дифракцией связывают весьма широкий круг явлений, возникающих при распространении вол н в неоднородных средах, а также при распространении ограниченных в пространстве вол н. Дифрааакция тесно связана с явлением интерференции. При этом само явление дифракции зачастую трактуют как частный случай интерференции (интерференция вторичных вол н). Дифрааакция вол н наблюдается независимо от их природы и может проявляться: в преобразовании пространственной структуры вол н. В одних случаях такое преобразование можно рассматривать как «огибание» вол нами препятствий, в других случаях как расширение угла распространения вол новых пучков или их отклонение в определенном направлении; в разложении вол н по их частотному спектру; в преобразовании поляризации вол н; в изменении фазовой структуры вол н.

7 французский ученый французский ученый О. Френель развил количественную теорию дифракционных явлений (1818 г.). В основу теории Френель положил принцип Гюйгенса, допол нив его идеей об интерференции вторичных вол н. Принцип Гюйгенса в его первоначальном виде позволял находить только положения вол новых фронтов в последующие моменты времени, т. е. определять направление распространения вол ны. По существу, это был принцип геометрической оптики. Гипотезу Гюйгенса об огибающей вторичных вол н Френель заменил физически ясным положением, согласно которому вторичные вол ны, приходя в точку наблюдения, интерферируют друг с другом О. Френель развил количественную теорию дифракционных явлений (1818 г.). В основу теории Френель положил принцип Гюйгенса, допол нив его идеей об интерференции вторичных вол н. Принцип Гюйгенса в его первоначальном виде позволял находить только положения вол новых фронтов в последующие моменты времени, т. е. определять направление распространения вол ны. По существу, это был принцип геометрической оптики. Гипотезу Гюйгенса об огибающей вторичных вол н Френель заменил физически ясным положением, согласно которому вторичные вол ны, приходя в точку наблюдения, интерферируют друг с другом французский ученый О О. Френель развил количественную теорию дифракционных явлений (1818 г.). В основу теории Френель положил принцип Гюйгенса, допол нив его идеей об интерференции вторичных вол н. Принцип Гюйгенса в его первоначальном виде позволял находить только положения вол новых фронтов в последующие моменты времени, т. е. определять направление распространения вол ны. По существу, это был принцип геометрической оптики. Гипотезу Гюйгенса об огибающей вторичных вол н Френель заменил физически ясным положением, согласно которому вторичные вол ны, приходя в точку наблюдения, интерферируют друг с другом

8 Дифрааакция света Согласно теории Френеля общий характер дифракционной картины зависит от безразмерного параметра m, равного числу кольцевых зон Френеля, укладывающихся на радиусе круглого препятствия Согласно теории Френеля общий характер дифракционной картины зависит от безразмерного параметра m, равного числу кольцевых зон Френеля, укладывающихся на радиусе круглого препятствия m = R 2 / (λL), m = R 2 / (λL), или числу полоскообразных зон Френеля, укладывающихся на полуширине линейного препятствия или числу полоскообразных зон Френеля, укладывающихся на полуширине линейного препятствия m = (d / 2) 2 / (λL). m = (d / 2) 2 / (λL). Число m зон Френеля, укладывающихся на препятствии, однозначно характеризует вид дифракционной картины. Это позволяет моделировать дифракционные явления, используя вол ны другой области спектра и выбрав соответствующие размеры установки. Так, например, можно моделировать дифракцию радиовол н с помощью света. Число m зон Френеля, укладывающихся на препятствии, однозначно характеризует вид дифракционной картины. Это позволяет моделировать дифракционные явления, используя вол ны другой области спектра и выбрав соответствующие размеры установки. Так, например, можно моделировать дифракцию радиовол н с помощью света. Согласно теории Френеля общий характер дифракционной картины зависит от безразмерного параметра m, равного числу кольцевых зон Френеля, укладывающихся на радиусе круглого препятствия m m = R2 / (λL), или числу полоскообразных зон Френеля, укладывающихся на полуширине линейного препятствия = (d / 2)2 / (λL). Число m зон Френеля, укладывающихся на препятствии, однозначно характеризует вид дифракционной картины. Это позволяет моделировать дифракционные явления, используя вол ны другой области спектра и выбрав соответствующие размеры установки. Так, например, можно моделировать дифракцию радиовол н с помощью света.

9 Дифрааакция лазерного луча с длиной вол ны 650 нм, прошедшего через отверстие диаметром 0,2 мм Дифрааакция лазерного луча с длиной вол ны 650 нм, прошедшего через отверстие диаметром 0,2 мм

10 Прохождение плоской монохроматической вол ны от удаленного источника через небольшое круглое отверстие радиуса R в непрозрачном экране Точка наблюдения P находится на оси симметрии на расстоянии L от экрана. В соответствии с принципом Гюйгенса–Френеля следует мысленно заселить вол новую поверхность, совпадающую с плоскостью отверстия, вторичными источниками, вол ны от которых достигают точки P. В результате интерференции вторичных вол н в точке P возникает некоторое результирующее колебание, интенсивность которого можно определить при заданных значениях длины вол ны λ, амплитуды A0 падающей вол ны и геометрии задачи. Для облегчения расчета Френель предложил разбить вол новую поверхность падающей вол ны в месте расположения препятствия на кольцевые зоны (зоны Френеля) по следующему правилу: расстояние от границ соседних зон до точки P должны отличаться на полдлины вол ны, т. е. Точка наблюдения P находится на оси симметрии на расстоянии L от экрана. В соответствии с принципом Гюйгенса–Френеля следует мысленно заселить вол новую поверхность, совпадающую с плоскостью отверстия, вторичными источниками, вол ны от которых достигают точки P. В результате интерференции вторичных вол н в точке P возникает некоторое результирующее колебание, интенсивность которого можно определить при заданных значениях длины вол ны λ, амплитуды A0 падающей вол ны и геометрии задачи. Для облегчения расчета Френель предложил разбить вол новую поверхность падающей вол ны в месте расположения препятствия на кольцевые зоны (зоны Френеля) по следующему правилу: расстояние от границ соседних зон до точки P должны отличаться на полдлины вол ны, т. е. Если смотреть на вол новую поверхность из точки P, то границы зон Френеля будут представлять собой концентрические окружности Если смотреть на вол новую поверхность из точки P, то границы зон Френеля будут представлять собой концентрические окружности Точка наблюдения P находится на оси симметрии на расстоянии L от экрана. В соответствии с принципом Гюйгенса–Френеля следует мысленно заселить вол новую поверхность, совпадающую с плоскостью отверстия, вторичными источниками, вол ны от которых достигают точки P. В результате интерференции вторичных вол н в точке P возникает некоторое результирующее колебание, интенсивность которого можно определить при заданных значениях длины вол ны λ, амплитуды A0 падающей вол ны и геометрии задачи. Для облегчения расчета Френель предложил разбить вол новую поверхность падающей вол ны в месте расположения препятствия на кольцевые зоны (зоны Френеля) по следующему правилу: расстояние от границ соседних зон до точки P должны отличаться на полдлины вол ны, т. е. Если смотреть на вол новую поверхность из точки P, то границы зон Френеля будут представлять собой концентрические окружности

11