Презентация на тему "Интерференция. Дифракция". Применение интерференции света. Дифракция света. (Презентация) Наблюдение колец Ньютона

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

Описание презентации по отдельным слайдам:

1 слайд

Описание слайда:

2 слайд

Описание слайда:

Интерференция механических волн. Любому волновому движению присущи явления интерференции и дифракции. Сложение волн. Очень часто в среде одновременно распространяется несколько различных волн. Что при этом происходит? Каждая волна проходит сквозь другую и ведет себя так, будто другой волны не существовало. Если две волны встречаются в одном месте своими гребнями, то в этом месте возмущение усиливается. Если гребень одной волны встречается с впадиной другой, то поверхность не будет возмущена.

3 слайд

Описание слайда:

Интерференция механических волн. Вообще же в каждой точке среды колебания, вызванные двумя волнами, складываются. Результирующее смещение любой частицы среды представляет собой алгебраическую сумму смещений, которые происходили бы при распространении одной волны в отсутствие другой.

4 слайд

Описание слайда:

Интерференция механических волн. Интерференция - сложение в пространстве волн, при котором образуется постоянное во времени распределение амплитуд результирующих колебаний частиц среды. Выясним, при каких условиях наблюдается интерференция волн. Одновременно возбудим две круговые волны. В любой точке М складываются колебания, вызванные двумя волнами. Амплитуды колебаний будут различаться, т.к. волны проходят различные пути. Но если расстояние между источниками много меньше путей, то амплитуды можно считать одинаковыми. Результат сложения зависит от разности фаз. Если разность хода равна длине волны, то вторая волна запаздывает на один период, т.е. в этом случае гребни совпадают.

5 слайд

Описание слайда:

Интерференция механических волн. Условие максимумов. Амплитуда колебаний частиц среды в данной точке максимальна, если разность хода двух волн, возбуждающих колебания в этой точке, равна целому числу длин волн:

6 слайд

Описание слайда:

Интерференция механических волн. Условие минимумов. Амплитуда колебаний частиц среды в данной точке минимальна, если разность хода двух волн, возбуждающих колебания в этой точке, равна нечетному числу полуволн:

7 слайд

Описание слайда:

Интерференция механических волн. Амплитуда колебаний в любой точке не меняется с течением времени. Интерференционная картина – определенное, неизменное во времени распределение амплитуд колебаний. Когерентные волны – волны, созданные источниками волн с одинаковой частотой и постоянной разностью фаз их колебаний.

8 слайд

Описание слайда:

Интерференция механических волн. Распределение энергии при интерференции. Волны несут энергию. Что же с ней происходит? Наличие минимума в данной точке интерфериационной картины означает, что энергия сюда не поступает совсем. Вследствие интерференции происходит перераспределение энергии в пространстве. Она концентрируется в максимумах за счет того, что в минимумы не поступает вовсе.

9 слайд

Описание слайда:

Интерференция света. Свет представляет собой поток волн, следовательно, наблюдается интерференция света. Но получить интерференционную картину с помощью двух независимых источников света невозможно. Условие когерентности световых волн. Световые волны, излучаемые независимыми источниками света, не согласованы, а для интерференционной картины нужны согласованные волны, т.е. когерентные. Волны от различных источников некогерентны потому, что разность фаз волн не остается постоянной. Временная и пространственная когерентность световых волн.

10 слайд

Описание слайда:

Интерференция света. Интерференция в тонких пленках. Однако мы все наблюдали интерференционную картину, когда в детстве пускали мыльные пузыри. Томас Юнг объяснил возможность объяснения цветов тонких пленок сложением волн, одна их которых отражается от наружной поверхности пленки, а другая – от внутренней. При этом происходит интерференция световых волн – сложение двух волн, вследствие которого наблюдается устойчивая во времени картина усиления или ослабления результирующих световых колебаний в различных токах пространства.

11 слайд

Описание слайда:

Интерференция света. Простая интерференционная картина возникает в тонкой прослойке воздуха между стеклянной пластиной и положенной на нее плосковыпуклой линзой, сферическая поверхность которой имеет большой радиус кривизны. Эта картина имеет вид концентрических колец, получивших название колец Ньютона.

12 слайд

Описание слайда:

Интерференция света. Длина световой волны. Явление интерференции не только доказывает наличие у света волновых свойств, но позволяет измерить длину волны. Вприроде нет никаких красок, есть лишь волны разных длин. Глаз – сложный физический прибор, способный обнаруживать различие в цвете, которому соответствует небольшая разница в длинах световых волн. При переходе из одной среды в другую длина волны изменяется.

13 слайд

Описание слайда:

Некоторые применения интерференции. Существуют специальные приборы – интерферометры: для точного измерения длин волн, показателя преломления газов и других веществ. Проверка качества обработки поверхностей. Просветление оптики (уменьшается доля отражаемой энергии света).

14 слайд

Описание слайда:

Дифракция механических волн. Нередко волна встречает на своем пути препятствия., которые она способна огибать. Когда размеры препятствий малы, волны, огибая края препятствий, смыкаются за ними. Дифракция – отклонение от прямолинейного распространения волн или огибание волнами препятствий. Она присуща любому волновому процессу. Это явление можно наблюдать, если поставить на пути волны экран с узкой щелью. Если размеры щели меньше длины волны, то хорошо видно, что за экраном распространяется круговая волна. Если размеры щели больше длины волны, то волна проходит сквозь щель, не меняя своей формы, а по краям можно заметить искривление волновой поверхности.

Интерференция механических волн.Сложение волн
Что происходит со звуковыми волнами при
беседе нескольких человек, когда играет оркестр,
поет хор и т.д.?
Что мы наблюдаем, когда в воду одновременно
падают два камня
или капли?

Проследим это на механической модели

Интерференция.

Когерентные волны.

Интерференция света

Интерференция в тонких пленках.

Схема опыта Юнга

Наблюдение интерференции в лабораторных условиях

Интерференционные максимумы и минимумы

Мыльные пузыри

Кольца Ньютона

Дифракция- отклонение от прямолинейного распространения волн.

Дифракция световых волн

Теория Френеля.

Расстояние, через которое повторяются штрихи на решётке, называют периодом дифракционной решётки. Обозначают буквой d. Если

Чтобы посмотреть презентацию с картинками, оформлением и слайдами, скачайте ее файл и откройте в PowerPoint на своем компьютере.
Текстовое содержимое слайдов презентации: Презентация учителя МОУ «СОШ №56 с УИОП» г. СаратоваСуховой Татьяны Михайловны Интерференция света. Интерференцией называется сложение двух (или нескольких) световых волн, при котором в одних точках пространства происходит усиление интенсивности света, а в других –ослабление.Условия когерентности световых волн.Волны, разность фаз которых не зависит от времени называются когерентными. Проявления в природе.Применение интерференции.Явление интерференции света находит широкое применение в современной технике. Одним из таких применений является создание "просветленной" оптики. Явление огибания механическими волнами преград наблюдается когда речные волны свободно огибают выступающие из воды предметы и распространяются так, как будто этих предметов не было совсем. Явление, свойственное всем волновым процессам. Звуковые волны так же огибают препятствия и мы можем слышать сигнал автомобиля за углом дома, когда самого автомобиля не видно. План урока.1. Опыт Юнга.2. Что такое дифракция.3. Принцип Гюгенса.4. Принцип Гюгенса-Френеля.5. Дифракционные картины от различных препятствий.6. Границы применимости геометрической оптики.7. Разрешающая способность оптических приборов.8. Вывод. В середине 17-го века итальянский ученый Ф. Гримальди наблюдал странные тени от небольших предметов, помещенных в узкий пучок света. Эти тени не имели четких границ, были окаймлены цветными полосами. Дифракция света – огибание световой волной непрозрачных тел с проникновением в область геометрической тени и образованием там интерференционной картины. В становлении представлений о том, что распространение света является волновым процессом, большую роль сыграл Христиан Гюйгенс. Каждая точка поверхности, достигнутая световой волной, является вторичным источником световых волн. Огибающая вторичных волн становится волновой поверхностью в следующий момент времени. Огюстен Френель заложил основы волновой оптики, дополнив принцип Гюйгенса идеей интерференции вторичных волн: он построил количественную теорию дифракции. Каждый элемент волнового фронта можно рассматривать как центр вторичного возмущения, порождающего вторичные сферические волны, а результирующее световое поле в каждой точке пространства будет определяться интерференцией этих волн. Наиболее отчетливо дифракция света проявляется тогда, когда выполняется данное условие (условие наблюдения дифракции).Где D- размер препятствия или отверстия, - длина световой волны, L- расстояние от препятствия до места, где наблюдается дифракционная картина. l 2 D L Дифракция налагает также предел на разрешающую способность телескопа. Предельное угловое расстояние() между светящимися точками, при котором их можно различать, определяется отношением длины волны() к диаметру объектива (D). Дифракцию света используют для создания чувствительных спектральных приборов. Дифракционные явления приносят не только пользу, но и вред, ограничивая разрешающую способность оптических приборов. II ВАРИАНТ 1. Б2. В3. Б4. Д5.6. Д7. Г 1. А2. Б3. А4. Г5. 6. А7.А 1. Что такое дифракция?2. Сформулируйте принцип Гюйгенса.3.Сформулируйте принцип Гюйгенса-Френеля.4. Как получить в центре дифракционной картины отверстия темное или светлое пятно?5. Границы применимости геометрической оптики.6. Разрешающая способность оптических приборов. Нет отдельно интерференции и отдельно дифракции – это единое явление, но в определённых условиях больше выступают интерференционные, в других – дифракционные свойства света. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б. Физика: учебник для 11кл. – М.:ПросвещениеЖелезовский Б.Я. Лекции по оптике для студентов СГУОбразовательные комплексы. Физика,7-11 кл, Библиотека наглядных пособийПрограммы Физикона, Физика 7-11 кл, Локальная версияКирилл и Мифодий, Учебные электронные издания БЭНП Физика

Явление интерференции происходит при взаимодействии двух и более волн одинаковой частоты, распространяющихся в различных направлениях. При этом оно наблюдается и у волн, распространяющихся в средах, и у электромагнитных волн. То есть интерференция является свойством волн как таковых и не зависит ни от свойств среды, ни от ее наличия. Интерференция

Устойчивая картина чередования максимумов и минимумов колебаний точек среды при наложении когерентных волн Когерентные волны – это волны одинаковой частоты с постоянной разностью фаз Интерференция С интерференционными явлениями мы сталкиваемся довольно часто: радужная окраска масляных пятен на асфальте, окраска замерзающих оконных стекол, причудливые цветные рисунки на крыльях некоторых бабочек и жуков все это проявление интерференции света.

Дифракция При явлении дифракции происходит разложение сложного света. Положение максимумов и минимумов, составляющих дифракционную картину, зависит от длины световой волны. Поэтому при наблюдениях в сложном свете, например в белом, где представлены различные длины волн, дифракционные максимумы для различных цветов окажутся на разных местах.

Дифракция Явление дифракции накладывает ограничения на применение законов геометрической оптики: Закон прямолинейного распространения света, законы отражения и преломления света выполняются достаточно точно только, если размеры препятствий много больше длины световой волны. Дифракция накладывает предел на разрешающую способность оптических приборов: - в микроскопе при наблюдении очень мелких предметов изображение получается размытым - в телескопе при наблюдении звезд вместо изображения точки получаем систему светлых и темных полос.

Диспероссия Диспе́россия волн - различие фазовых скоростей волн в зависимости от их частоты. Диспероссия волн приводит к тому, что волновое возмущение произвольной негармонической формы претерпевает изменения (диспергирует) по мере его распространения. Иногда под дисперсией волны понимают процесс разложения широкополосного сигнала в спектр, например, при помощи дифракционных решёток.

Диспероссия Красный закат, один из результатов разложения света в атмосфере Земли. Причиной этого явления является зависимость показателя преломления газов, составляющих земную атмосферу, от длины волны света. Радуга, чьи цвета обусловлены дисперсией, один из ключевых образов культуры и искусства. Благодаря дисперсии света, можно наблюдать цветную «игру света» на гранях бриллианта и других прозрачных гранёных предметах или материалах. В той или иной степени радужные эффекты обнаруживаются достаточно часто при прохождении света через почти любые прозрачные предметы. В искусстве они могут специально усиливаться, подчеркиваться.

Поляризация Поляризованной волной называется такая поперечная волна, в которой колебания всех частиц происходят в одной плоскости. Такую волну можно получить с помощью резинового шнура, если на его пути поставить преграду с тонкой щелью. Щель пропустит только те колебания, которые происходят вдоль нее.

Закон Малюса Линейно поляризованный свет можно наблюдать, например, в излучении лазера. Другой способ получения линейно поляризованного света состоит в пропускании естественного света через поляроид(поляризационный светофильтр), который свободно пропускает компоненту света, поляризованную вдоль выделенного направления, и полностью поглощает свет с перпендикулярной поляризацией. Если на такой поляроид падает линейно поляризованная волна, то интенсивность I прошедшего света будет зависеть от угла а между направлением поляризации падающего света и выделенным направлением самого поляроида следующим образом: I = I 0 cos 2 a

Эллипсометрия Эллипсометрия - совокупность методов изучения поверхностей жидких и твёрдых тел тел по состоянию поляризации светового пучка, отражённого этой поверхностью и преломлённого на ней. Падающий на поверхность плоско поляризованный свет приобретает при отражении и преломлении эллиптическую поляризацию вследствие наличия тонкого переходного слоя на границе раздела сред. Зависимость между оптическими постоянными слоя и параметрами эллиптически поляризованного света устанавливается на основании Френеля формул. На принципах эллипсометрии построены методы чувствительных бесконтактных исследований поверхности жидкости или твёрдых веществ, процессов адсорбции, коррозии и др.