Презентация на тему: "Презентация по физике на тему "Интерференция света" (11 класс)"

Интерференция механических волн и света. Применение интерференции света.
Интерференция –(лат. Enter– взаимно; ferio – ударяю) –явление наложения волн, вследствие которого наблюдается устойчивое во времени усиление или ослабление результирующих колебаний в различных точках пространства.
Интерференция света – это явление сложения двух и более когерентных волн, приводящее к образованию в пространстве устойчивых картин чередующихся максимумов и минимумов интенсивности света.

Впервые экспериментальным путем интерференцию света наблюдал Томас Юнг в 1802 году.
Английский учёный Томас Юнг в 1802 г. открыл интерференцию света, ввёл в физику термин «интерференция», дал объяснение этому явлению и первый измерил длину световой волны.

Описание опыта
В опыте пучок монохроматического света направляется на непрозрачный экран-ширму с двумя параллельными прорезями (щелями), позади которого устанавливается проекционный экран. Ширину прорезей стараются сделать как можно ближе к длине волны излучаемого света (влияние ширины прорезей на интерференцию рассматривается ниже). На проекционном экране получается целый ряд чередующихся интерференционных полос, что и было продемонстрировано Томасом Юнгом.
Если исходить из того, что свет состоит из частиц (корпускулярная теория света), то на проекционном экране можно было бы увидеть только две параллельные полосы света, прошедшие через щели. Между ними проекционный экран оставался бы практически неосвещённым.
С другой стороны, если предположить, что свет представляет собой распространяющиеся волны (волновая теория света), то, согласно принципу Гюйгенса, каждая щель является источником вторичных волн.
Вторичные волны достигнут точек, находящихся на равном удалении от щелей, в одной фазе, следовательно, на серединной линии экрана их амплитуды сложатся, что создаст максимум яркости. То есть, главный, наиболее яркий максимум окажется там, где, согласно корпускулярной теории, яркость должна быть нулевой. Боковые максимумы расположатся симметрично по обеим сторонам в точках, для которых разность хода световых пучков равна целому числу волн.
С другой стороны, в тех точках на удалении от центральной линии, где разность хода равна нечётному числу полуволн, волны окажутся в противофазе — их амплитуды компенсируются, что создаст минимумы яркости (тёмные полосы).
Таким образом, по мере удаления от средней линии яркость периодически изменяется, возрастая до максимума и снова убывая.

Опыт

Условия возникновения интерференции:
- волны должны иметь одинаковые (или близкие) частоты, чтобы картина, получающаяся в результате наложения волн, не менялась во времени (или менялась не очень быстро, чтобы её можно было успеть зарегистрировать);
- волны должны быть однонаправленными (или иметь близкое направление), две перпендикулярные волны никогда не дадут интерференции.
Иными словами, складываемые волны должны иметь одинаковые волновые векторы.
Волны, для которых выполняются эти два условия, называются когерентными. Первое условие иногда называют временной когерентностью, второе – пространственной когерентностью.

Где применяется?
Интерферометр – прибор, в котором явления интерференции используются для весьма точных измерений.
С помощью интерферометров производится точное измерение длин световых волн.
Также можно измерить коэффициенты линейного расширения твердых тел; весьма малое изменение размеров ферромагнетиков в магнитном поле или сегнетоэлектриков в электрическом поле.
Интерференционные методы позволяют проверить качество шлифовки линз и зеркал, что очень важно при изготовлении оптических приборов; с их помощью измеряются коэффициенты преломления веществ, в частности газов, измеряются весьма малые концентрации примесей в газах и жидкостях. В астрономии интерференционные методы позволяют оценить угловой диаметр звезд.

Условие :
Высота радиомаяка над уровнем моря H = 200 м, расстояние до корабля d = 5,5 км. Определить оптимальную высоту мачты корабля для приема сигналов с длиной волны равной 1,5 м.


Задача №1 на интерференцию света


Решение :
В данном случае волна, исходящая от радиомаяка, интерферирует с волной, отражённой от поверхности воды. Условие m-го максимума: y m = ( 2 m − 1 ) d λ 4 H ym=2m-1dλ4H Для нахождения оптимальной высоты мачты примем m=1: y = d λ 4 H = 5500 ⋅ 1 , 5 4 ⋅ 200 = 10 , 3 м y=dλ4H=5500·1,54·200=10,3м Ответ: 10,3 м.

Задача №2 на интерференцию света


Условие :
Источник света S с длиной волны 400 нм создает в схеме Юнга два когерентных источника, помещенных в бензол (n = 1,5). В точку А на экране луч от первого источника дошел за t1 =2,0000*10-10 c, а от второго за t2 =2,0002*10-10 c. Определить разность фаз колебаний в точке А и порядок интерференции k.


Решение:

Найдем расстояния l 1, пройденное лучом: l 1 = v ⋅ t 1 = c n ⋅ t 1 l 1 = 3 ⋅ 10 8 1 , 5 ⋅ 2 , 0000 ⋅ 10 − 10 = 4   с м l1=v·t1=cn·t1l1=3·1081,5·2,0000·10-10=4 см Найдем расстояние  l 2 l2: l 2 = v ⋅ t 2 = c n ⋅ t 2 l 2 = 3 ⋅ 10 8 1 . 5 ⋅ 2 , 0002 ⋅ 10 − 10 = 4 , 0004   с м l2=v·t2=cn·t2l2=3·1081.5·2,0002·10-10=4,0004 см Таким образом, разность хода составляет:   Δ х = 0 , 0004   с м = 4 ⋅ 10 − 6   м ∆х=0,0004 см=4·10-6 м Найдем разность фаз: Δ φ = 2 π Δ х λ Δ φ = 2 π ⋅ 4 ⋅ 10 − 6 4 ⋅ 10 − 7 = 62 , 8 ∆φ=2π∆хλ∆φ=2π·4·10-64·10-7=62,8 Условие максимума для интерференции: Δ φ = ± 2 πk 2 πk = 62 , 8 ∆φ=±2πk2πk=62,8 В данной точке порядок интерференции k=10.
Ответ:  Δ φ = 62 , 8   ;   k = 10 ∆φ=62,8 ; k=10.

Задача №3 на интерференцию света


Условие :
Найти радиус кривизны стеклянной плоско-выпуклой линзы, примененной для получения колец Ньютона, если радиус третьего светлого кольца равен 1,4 мм; длина волны 589 нм. Кольца наблюдаются в отраженном свете.


Решение:
В отраженном монохроматическом свете радиусы светлых колец равны: r = √ ( 2 m + 1 ) R λ 2 r=2m+1Rλ2 Радиус кривизны линзы R найдем из этой формулы: R = 4 r 2 ( 2 m + 1 ) λ = 4 ⋅ ( 1 , 4 ⋅ 10 − 3 ) 2 ( 2 ⋅ 3 + 1 ) ⋅ 589 ⋅ 10 − 9 = 1 , 9   м R=4r22m+1λ=4·1,4·10-322·3+1·589·10-9=1,9 м Ответ: 1,9 м.