SlideShare a Scribd company logo
1 of 31
Волновая оптика
ПРИ РАССМОТРЕНИИ ОТРАЖЕНИЯ И ПРЕЛОМЛЕНИЯ СВЕТА, ПОСТРОЕНИИ ИЗОБРАЖЕНИЙ , ДАВАЕМЫХ ЛИНЗАМИ МЫ ПОЛЬЗОВАЛИСЬ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ОПТИКОЙ: ДЛЯ ЭТОГО МЫ ВВЕЛИ ПОНЯТИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКОГО ЛУЧА КАК ЛИНИИ, УКАЗЫВАЮЩЕЙ НАПРАВЛЕНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ СВЕТОВОЙ ЭНЕРГИИ И   ИСПОЛЬЗОВАЛИ ТЕОРЕМЫ ГЕОМЕТРИИ. НО СУЩЕСТВУЕТ ОБШИРНЫЙ КЛАСС ОПТИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ, ОТНОСЯЩИХСЯ ГЛАВНЫМ ОБРАЗОМ К ВОПРОСАМ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СВЕТА И ВЕЩЕСТВА, ДЛЯ ПОНИМАНИЯ КОТОРЫХ НАДО СОСТАВИТЬ БОЛЕЕ ГЛУБОКОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ О ПРИРОДЕ СВЕТА. ВСЕ ЭТО РАССМАТРИВАЕТСЯ В ФИЗИЧЕСКОЙ ОПТИКЕ. КОГДА МЫ РАССМАТРИВАЛИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ, ТО ВЫЯСНИЛИ, ЧТО ВОЛНОВЫЕ ПРОЦЕССЫ ПОДЧИНЯЮТСЯ ЯВЛЕНИЯМ ИНТЕРФЕРЕНЦИИ, ДИФРАКЦИИ, ПОЛЯРИЗАЦИИ. ПО ТЕОРИИ МАКСВЕЛЛА СВЕТ – ЭТО ТОЖЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ВОЛНА, А ЗНАЧИТ ТОЖЕ ДОЛЖЕН ПОДЧИНЯЕТСЯ  ЭТИМ ЯВЛЕНИЯМ.
 
Многие наблюдали окраску по краям линз в телескопах, но объяснил лишь Ньютон. Он хорошо понимал, что линза представляет собой систему призм.  Не равномерный спектр!  Латынь –  Spectrum  – представление, образ, видение Призма не окрашивает, призма разлагает свет! 7 цветов – дань традиции (7 звуков в октаве, семеричная система счета). Есть три основных цвета: синий, красный, зеленый. Их нельзя получить из комбинации лучей света других цветов. Все остальные цвета – комбинация трех основных цветов. Оттенков цветов множество (цветное телевидение). Цвета, дополняющие друг друга до белого, Ньютон назвал дополнительными цветами (оранжевый – голубой, красный – голубовато-зеленый). Спектр – разложение какого- либо излучения по длинам волн или частотам.  Не путать спектр и дисперсию!   В вакууме скорость всех цветов света одинакова .  Дисперсии нет, хотя, например, при интерференции света спектры наблюдаются.
 
Ньютон смог объяснить цвета непрозрачных и прозрачных тел.  Белое тело отражает лучи света всех цветов. Черное тело – поглощает лучи света всех цветов .  Поглощает все цвета,   Поглощает все цвета,  отражает красный красный пропускает   красный
Красивое коромысло над лесом повисло.
Красивое коромысло над лесом повисло. Что это? – радуга! Что она собой представляет? Какова причина её возникновения? Мы показали, что показатель преломления зависит от длины волны и частоты. Отсюда следует, что всякая граница раздела двух сред разлагает белый свет. Но практически наблюдать нельзя, так как угол расхождения пучков света  с различным показателем преломления очень мал, точка наблюдения очень далеко. Наблюдать можно на границе раздела двух сред, составляющих друг с другом какой  –  либо угол. В естественных условиях эта система реализована в строении кристаллов или в водяных каплях. Водяные капли в воздухе  –  причина возникновения радуги. Это явление Рене Декарт объяснил в 1637 голу: отражение (полное внутреннее отражение, открытое Кеплером) и преломление света в каплях. Но Декарт, открывший закон преломления, только показал ход лучей, а объяснить возникновение цветов не смог. Работы Ньютона по дисперсии дают объяснение этому явлению.
 
Интерференция света Мы рассмотрим такое волновое проявление свойств света, как интерференция света. Чтобы глубже разобраться с этим явлением, вначале рассмотрим интерференцию механических волн. Проведем опыт с волновой ванной: две волны на воде не мешают распространяться друг другу. Звуковые волны (голоса в классе, оркестр) тоже распространяются независимо друг от друга. Но волны в процессе распространения могут складываться, при этом в определенных точках пространства они усиливают или ослабляют друг друга. Рассмотрим опыт с поверхностными волнами в ванне. Пока источники волн не согласованы, ничего необычного не видно. Согласуем источники волн (пластинка и два штифта). Мы наблюдаем устойчивую картину распределения усилений и ослаблений колебаний. Это явление интерференции.   Как оно возникает?
Имеется два источника когерентных волн. При наложении волн наблюдается интерференционная картина. Интерференция – сложение двух волн, вследствие которого наблюдается усиление или ослабление результирующих колебаний в различных точках пространства. Откуда произошел этот термин? В 17 веке профессор математики в иезуитской школе Гримальди наблюдал и описал это явление, хотя не дал ему ни объяснения, ни названия. Англичанин Томас Юнг это явление объяснил сложением волн. Юнг дал название. Два года оно существовало в причастной форме – интерферирующий, (1801г.) а потом в форме существительного -  интерференция . Английское интерференс – вмешательство, столкновение, встреча.. Рассмотрим условия наблюдения интерференционной картины и три случая интерференции механических волн.
При наложении волн наблюдается три случая. 1. Случай.  Волны в точку М приходят горбами или впадинами (в одинаковых фазах). Обозначим расстояние от источника  S 1  до М буквой  d 1 . а от источника  S 2  – буквой d 2  .  ∆ d = d 2 - d 1  называется оптической разностью хода   ∆ d = d 2 - d 1 =2 k   /2     условие максимума      ∆ d = d 2 - d 1 = k  ,  где  k =0,1,2,3... На разности хода лучей помещается четное число полуволн или целое число волн.   ∆   =0  или  ∆   = 2π  ( период синуса ). А=2А Волны усиливают друг друга. Возрастает горб, а через Т/2 увеличивается впадина   Принцип суперпозиции: Наблюдаем интерференционную картину, если: Когерентные источники волн 1. Волны не мешают прохождению друг сквозь друга. 2.  (Энергия волны пропорциональна квадрату амплитуды). Налагаются волны одинаковой длины волны с постоянной разностью фаз.  Это когерентные волны. Согласованность источников наз. когерентностью. Плюс для света: Разность хода не больше длины когерентности.
2. Случай.  Одна волна в точку М приходит горбом, а другая – впадиной. Они в противофазе и гасят друг друга. ∆ d = d 2 - d 1  = (2 k  + 1)   /2     Условие минимума  .  Где  k =0,1,2,3...  ∆    = π.  А = 0. На разности хода лучей помещается не четное число полуволн. Энергия не исчезает, она перераспределяется!  3. Случай.  ∆ d  равно не целому   числу полуволн. Результирующая амплитуда занимает промежуточное значение.  0< A <2 A . Чтобы наблюдать интерференционную картину для света – нужно разделить свет от одного источника на два пучка. Ллойд дал идею разделения света на два пучка: Есть разность хода.  Выполняется: Но при этом способе наблюдать интерференционную картину для света трудно. Этот способ дает  принцип: 1. Разделение пучка света на два пучка. 2. Встреча двух пучков света, при этом волны накладываются друг на друга. 3. Если   1 =  2  и  ∆   =  const  (волны не смещаются относительно друг друга), то в одних местах волны усиливают друг друга, а в других – гасят! Наблюдается интерференция света.
Способы наблюдения интерференции. Применение интерференции. Торричелли (1608 – 1647г.) изготавливал линзы с точностью 10 -6  см. Известны кольца Ньютона?!  В тонких пленках интерференцию можно наблюдать лишь при малой толщине пленки ( ∆ d≤ 10 7   длины волны). В одном акте излучения цуг такой длины. Только волны одного цуга считаем когерентными. Почему интерференционные полосы цветные?  1. Различные цвета преломляются по-разному. 2. Воздушный клин или разная толщина пленки. 3. Для каждой точки экрана (пространства) разность хода лучей равняется целому числу волн определенного цвета (максимум для этого цвета), а для других цветов  - не целому. Для какого – то другого цвета максимум в другой точке пространства. Бипризма Френеля Кольца Ньютона
Дифракция света Впервые к выводу о том, что в центре тени должно быть светлое пятно пришел Пуассон, рецензировавший работу Френеля о дифракции света, предоставленную на соискание премии Парижской академии наук. На этом основании он сделал вывод, что теория Френеля ошибочна. Араго поставил опыт более тщательно и обнаружил темное и светлое пятно. Это был очень весомый аргумент в пользу теории Френеля. Дифракция света существует! Дифракция – огибание световыми волнами преград и отверстий, величина которых сравнима с длиной волны. Дифракция – латынь – разломанный. Явление дифракции присуще волнам любой природы: механическим (звук слышно за углом), эл. магнитным, световым.  Дифракция волн проявляется особенно отчетливо в том случае, когда размеры препятствий меньше длины волны или сравнимы с ней  Пронаблюдаем явление дифракции на поверхности воды, (волновая ванна). Дифракция от отверстия
Теперь через отверстие, проделанное иглой в открытке, получим на экране светлое пятно. Оно оказалось больше, чем можно было ожидать. Это из-за дифракции света. Явление дифракции света наблюдать трудно, т.к. длина световой волны очень мала и препятствие должно быть очень малого размера. При дифракции лучи, огибающие преграды и отверстия, идут от одного отверстия (они когерентны), проходят разные расстояния и интерферируют.  Поэтому чаще всего дифракция сопровождается интерференцией .   Для различных длин волн (различного цвета) различные отклонения. ∆ d  =  k   - max  ∆ d = (2 k +1)·  /2 –  min   S О А В Нить свет
 
Картину распределения энергии от щели можно изобразить так: Разрешающая способность микроскопа и телескопа:  изображение мелких точек “размыты“, они сливаются, если точки близко.  Границы применимости геометрической оптики:   d  – размер преграды;  L  – расстояние от преграды до источника наблюдения.  Если  L   <<d 2 /   дифракция практически не видна (резкая тень) – геометрическая оптика. Если  L   >>d 2 /   дифракция наблюдается хорошо –  физическая оптика.
Проблема:  если, прищурив глаз, смотреть на нить накала лампы, то нить кажется окаймленной светлыми бликами. Почему? (Щель от глаза,  диф. решетка от ресниц). Дифракционная картина в опыте со щелью не имеет достаточной резкости и яркости. Это объясняется двумя причинами: а) через одну щель проходит мало света; в) светлые  ( ma х) полосы получаются широкими и, как следствие, мало освещенными.  Этот дефект устранен в приборе, названным дифракционной решеткой. Дифракционная решетка состоит из множества щелей (300 – 6000 на 1мм). картина резкая и яркая. Обычно это хорошо отполированное стекло, на котором алмазом нанесены тонкие штрихи. Хорошие решетки получают при помощи специальных делительных машин. Просты в изготовлении желатиновые отпечатки с такой решетки, зажатые между двумя стеклянными пластинами. Рассмотрим опыт получения дифракционного спектра от дифракционной решетки. Это равномерный спектр. к=0,1,2,3....  где к – порядок спектра. В отличие от дисперсионного в дифракционном спектре вначале фиолетовый цвет (отклоняется меньше красного). Рассмотрим более подробно устройство дифракционной решетки .  d  – Период решетки. в –  непрозрачная часть а  – прозрачная часть В нашем опыте  d =1/100 мм.  d  =а+в   или  d  =  ℓ/N  где  ℓ -  длина решетки,   N  –   число штрихов (щелей).  0
Осветим решетку параллельным пучком света. Значит, каждая щель становится источником вторичных   волн и волны от щели распространяются во всех направлениях, а значит наблюдается дифракция света. Вследствие этого изображение щели должно располагаться в различных местах. Место расположения изображения щели зависит от угла падения луча   S 1   S 2   S 3   - источники И так, пусть на дифракционную решетку падает параллельный пучок монохроматического света от щели (плоская монохроматическая волна длиной   ). Найдем условие максимума. Рассмотрим из многих направлений только те волны, которые распространяются под углом   Экран
По принципу Гюйгенса  огибающая вторичных волн есть фронт   волны.  Фронт перпендикулярен направлению распространению волны. Поэтому, вначале фронт     лучам,   падающим на дифракционную  решетку.  После дифракционной решетки, при повороте лучей на    фронт волны тоже повернется на угол   . Теперь фронт     АС и возникает разность хода  ∆ d =АС. Найдем условие максимума для  дифракционной решетки. АВ =d  AC= ∆ d =ABsin    AC= ∆ d  =  d  sin    d  sin   = k    ,  где  k = 0, 1, 2, 3...  k  - порядок спектра. Условие наблюдения дифракционного минимума:  При освещении решетки белым светом дифракционная решетка расщепляет белый свет в спектр, поскольку положение  max  и  min  зависит от длины волны (для различных длин волн – различные отклонения). Пластинка – отражательная  дифракционная решетка. Такие решетки наилучшие. Используют:  спектральный анализ – спектральные аппараты.
Дифракционная решетка.  Разложение белого света в спектр с помощью дифракционной решетки. Стационарно – искровые  оптико -  эмиссонные спектрометры  «МЕТАЛСКАН –2500». Предназначены для точного анализа металлов и сплавов, включая цветные,  сплавы черных металлов и чугуны.
Поляризация света Все три явления – интерференция, дифракция и поляризация света изучались почти в одно и то же время, в первой четверти  XIX  века. Это было время острой борьбы двух теорий света: корпускулярной и волновой. Явление двойного лучепреломления известно очень давно, вот уже около 300 лет (Э. Бартолинус, 1669 г). Его хорошо знают геологи, имеющие дело с минералами. Творец волновой теории и современник Ньютона Гюйгенс писал: «Из Исландии, острова, находящегося в Северном море на широте 66 0 , привезли камень (исландский шпат), весьма замечательный по своей форме и другим качествам, но более всего по своим странным преломляющим свойствам». Один луч обыкновенный (  не преломляется), а другой необыкновенный. Необыкновенный луч не  подчиняется  законам преломления! Это явление объяснить не могли. В январе 1808 года Парижская академия наук объявила конкурс на премию за объяснение этого явления. Опыты молодого военного инженера Малюса: наблюдал через кристалл отражение заходящего солнца в окнах Люксембургского дворца и отражение света от поверхности воды. Он видел два солнца, причем яркость двух солнц менялась поочередно при вращении кристалла и даже оставалось одно солнце. Вот это было новым! Малюс был сторонником Ньютона: он тоже считал, что корпускула света является магнитом с противоположными полюсами  N  и  S . Корпускулы в разных случаях ориентируются по – разному. Тем более это была эпоха электрических и электрохимических открытий. Тогда ученых волновала идея полярности. Вот поэтому Малюс это явление назвал поляризацией. Вот откуда произошло название – поляризация.
Но явления интерференции и дифракции света поколебали столетнюю традицию теории Ньютона – корпускулярную теорию. Да, свет – это волна. Но продольная или поперечная? Думали, что свет продольная волна, распространяющаяся в эфире. Поперечная волна – только в твердых телах. Решить вопрос мог только опыт.  В опыте с двумя поляроидами свет то появляется ,  то исчезает Это возможно, если свет представляет собой  поперечную волну.  При продольной волне объяснить опыт нельзя. Все это подтверждает теорию Максвелла о поперечности световых волн В электромагнитной волне колеблются вектор напряженности электрического поля и вектор магнитной индукции. так как именно он оказывает действие на сетчатку глаза и фотоэмульсию.  Нас интересует именно  Как человек видит поляризованный свет. При наблюдении поверхности, излучающей поляризованный свет, некоторые люди могут заметить в середине поля зрения полоску слабого желто - лимонного цвета, имеющую вид изогнутого снопа колосьев. Впервые это явление описал в 1846 году Гайдингер. Пример наблюдательности. В 1855 году Л.Н. Толстой в “Юности“, не зная этого явления, писал: «…я невольно оставляю книгу и вглядываюсь в растворенную дверь балкона, в кудрявые висячие ветви высоких берез, на которых уже заходит вечерняя тень, и в чистое небо, на котором, как смотришь пристально, вдруг показывается как будто пыльное желтоватое пятнышко и снова исчезает».
 
 
 
 
 
Рассмотрим шкалу электромагнитных волн. Ее составить можно по способу генерации, по методу регистрации и.т.д. У нас по способу генерации Природа одна с = (интерференция, дифракция, поляризация) { от 10 -12 м до 10 6   } Количество     качество : проникающая способность,, Био и хим  активность Радиоволны от снега отражаются , а ИК – проходят.  ИК нагревают тело человека. УФ вызывают покраснение. Рентгеновские лучи  проходят сквозь тело
Использованы материалы из книги  Физика 1 1  авторов Лифарь С.В. Тарарина И.Н. Учитель физики ОШ № 32 Дикий А.Е. Использованы материалы из книги  Физика 1 1  авторов Лифарь С.В. Тарарина И.Н.

More Related Content

What's hot

В.С.Крикоров-Единый Космос 3
В.С.Крикоров-Единый Космос 3В.С.Крикоров-Единый Космос 3
В.С.Крикоров-Единый Космос 3
Yury Podusov
 
й 5.3. с 1. к 3
й 5.3. с 1. к 3й 5.3. с 1. к 3
й 5.3. с 1. к 3
timorevel
 
ДИФРАКЦИЯ ОДНОПЕРИОДНЫХ ТЕРАГЕРЦОВЫХ ВОЛН С ГАУССОВЫМ ПОПЕРЕЧНЫМ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ
ДИФРАКЦИЯ ОДНОПЕРИОДНЫХ ТЕРАГЕРЦОВЫХ ВОЛН С ГАУССОВЫМ ПОПЕРЕЧНЫМ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМДИФРАКЦИЯ ОДНОПЕРИОДНЫХ ТЕРАГЕРЦОВЫХ ВОЛН С ГАУССОВЫМ ПОПЕРЕЧНЫМ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ
ДИФРАКЦИЯ ОДНОПЕРИОДНЫХ ТЕРАГЕРЦОВЫХ ВОЛН С ГАУССОВЫМ ПОПЕРЕЧНЫМ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ
ITMO University
 
Susu seminar summer_2012
Susu seminar summer_2012Susu seminar summer_2012
Susu seminar summer_2012
Sergey Sozykin
 
й 6.1. с 1.к 3
й 6.1. с 1.к 3й 6.1. с 1.к 3
й 6.1. с 1.к 3
timorevel
 
178.определение разрешающей способности человеческого глаза
178.определение разрешающей способности человеческого глаза178.определение разрешающей способности человеческого глаза
178.определение разрешающей способности человеческого глаза
ivanov156633595
 
геометрическая оптика
геометрическая оптикагеометрическая оптика
геометрическая оптика
school32
 

What's hot (20)

В.С.Крикоров-Единый Космос 3
В.С.Крикоров-Единый Космос 3В.С.Крикоров-Единый Космос 3
В.С.Крикоров-Единый Космос 3
 
Структура атома в современной физке
Структура атома в современной физкеСтруктура атома в современной физке
Структура атома в современной физке
 
Строение вещества
Строение веществаСтроение вещества
Строение вещества
 
Квантовая оптика
Квантовая оптикаКвантовая оптика
Квантовая оптика
 
нильс бор.
нильс бор.нильс бор.
нильс бор.
 
К ТЕОРИИ ПЛАЗМЕННЫХ МИКРОПОЛЕЙ И ДИНАМИКИ ПЛАЗМЕННЫХ СТРУКТУР
К ТЕОРИИ ПЛАЗМЕННЫХ МИКРОПОЛЕЙ И ДИНАМИКИ ПЛАЗМЕННЫХ СТРУКТУРК ТЕОРИИ ПЛАЗМЕННЫХ МИКРОПОЛЕЙ И ДИНАМИКИ ПЛАЗМЕННЫХ СТРУКТУР
К ТЕОРИИ ПЛАЗМЕННЫХ МИКРОПОЛЕЙ И ДИНАМИКИ ПЛАЗМЕННЫХ СТРУКТУР
 
оптика
оптикаоптика
оптика
 
й 5.3. с 1. к 3
й 5.3. с 1. к 3й 5.3. с 1. к 3
й 5.3. с 1. к 3
 
Лазеры
ЛазерыЛазеры
Лазеры
 
Урок физики в 11 классе "Излучение и поглощение света атомами. Лазер"
Урок физики в 11 классе "Излучение и поглощение света атомами. Лазер"Урок физики в 11 классе "Излучение и поглощение света атомами. Лазер"
Урок физики в 11 классе "Излучение и поглощение света атомами. Лазер"
 
Тепловое излучение
Тепловое излучениеТепловое излучение
Тепловое излучение
 
ДИФРАКЦИЯ ОДНОПЕРИОДНЫХ ТЕРАГЕРЦОВЫХ ВОЛН С ГАУССОВЫМ ПОПЕРЕЧНЫМ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ
ДИФРАКЦИЯ ОДНОПЕРИОДНЫХ ТЕРАГЕРЦОВЫХ ВОЛН С ГАУССОВЫМ ПОПЕРЕЧНЫМ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМДИФРАКЦИЯ ОДНОПЕРИОДНЫХ ТЕРАГЕРЦОВЫХ ВОЛН С ГАУССОВЫМ ПОПЕРЕЧНЫМ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ
ДИФРАКЦИЯ ОДНОПЕРИОДНЫХ ТЕРАГЕРЦОВЫХ ВОЛН С ГАУССОВЫМ ПОПЕРЕЧНЫМ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ
 
Kosmologiya
KosmologiyaKosmologiya
Kosmologiya
 
Темная материя и темная энергия
Темная материя и темная энергияТемная материя и темная энергия
Темная материя и темная энергия
 
Susu seminar summer_2012
Susu seminar summer_2012Susu seminar summer_2012
Susu seminar summer_2012
 
17332
1733217332
17332
 
й 6.1. с 1.к 3
й 6.1. с 1.к 3й 6.1. с 1.к 3
й 6.1. с 1.к 3
 
Дифракция света
Дифракция светаДифракция света
Дифракция света
 
178.определение разрешающей способности человеческого глаза
178.определение разрешающей способности человеческого глаза178.определение разрешающей способности человеческого глаза
178.определение разрешающей способности человеческого глаза
 
геометрическая оптика
геометрическая оптикагеометрическая оптика
геометрическая оптика
 

Similar to волновая оптика

задание8 задачи для самостоятельного решения
задание8 задачи для самостоятельного решениязадание8 задачи для самостоятельного решения
задание8 задачи для самостоятельного решения
Zhanna Kazakova
 
урок э м волны
урок э м волныурок э м волны
урок э м волны
KuzLoz86
 
Квантовая физика
Квантовая физикаКвантовая физика
Квантовая физика
Kobra-pipka
 
презентация1
презентация1презентация1
презентация1
Dvavilow
 
й 4.5. с 1 к 2
й  4.5. с 1 к 2й  4.5. с 1 к 2
й 4.5. с 1 к 2
timorevel
 
й 6.3. с 1. к 3
й 6.3. с 1.  к 3й 6.3. с 1.  к 3
й 6.3. с 1. к 3
timorevel
 
работа шлыкова 0
работа шлыкова 0работа шлыкова 0
работа шлыкова 0
evdokimovaen
 
интерференция волн
интерференция волнинтерференция волн
интерференция волн
doctorzlo
 
давлпение света
давлпение светадавлпение света
давлпение света
school32
 

Similar to волновая оптика (20)

Взаимодействие света с веществом
Взаимодействие света с веществомВзаимодействие света с веществом
Взаимодействие света с веществом
 
optika-geometricheskaya-optika.pptx
optika-geometricheskaya-optika.pptxoptika-geometricheskaya-optika.pptx
optika-geometricheskaya-optika.pptx
 
561
561561
561
 
Интерференция света
Интерференция светаИнтерференция света
Интерференция света
 
117 5 ey
117 5 ey117 5 ey
117 5 ey
 
рентгеновское излучение
рентгеновское излучениерентгеновское излучение
рентгеновское излучение
 
задание8 задачи для самостоятельного решения
задание8 задачи для самостоятельного решениязадание8 задачи для самостоятельного решения
задание8 задачи для самостоятельного решения
 
урок э м волны
урок э м волныурок э м волны
урок э м волны
 
Квантовая физика
Квантовая физикаКвантовая физика
Квантовая физика
 
fizika
fizikafizika
fizika
 
основыоптикикондаковафпо
основыоптикикондаковафпоосновыоптикикондаковафпо
основыоптикикондаковафпо
 
презентация1
презентация1презентация1
презентация1
 
й 4.5. с 1 к 2
й  4.5. с 1 к 2й  4.5. с 1 к 2
й 4.5. с 1 к 2
 
й 6.3. с 1. к 3
й 6.3. с 1.  к 3й 6.3. с 1.  к 3
й 6.3. с 1. к 3
 
Коллоидная химия II часть (рус)
Коллоидная химия II часть (рус)Коллоидная химия II часть (рус)
Коллоидная химия II часть (рус)
 
работа шлыкова 0
работа шлыкова 0работа шлыкова 0
работа шлыкова 0
 
интерференция волн
интерференция волнинтерференция волн
интерференция волн
 
давлпение света
давлпение светадавлпение света
давлпение света
 
524
524524
524
 
524
524524
524
 

More from school32

якось господь бог вирішив наділити дітей світу талантами
якось господь бог вирішив наділити дітей світу талантамиякось господь бог вирішив наділити дітей світу талантами
якось господь бог вирішив наділити дітей світу талантами
school32
 
копия фотоэффект
копия фотоэффекткопия фотоэффект
копия фотоэффект
school32
 

More from school32 (20)

диво українських дерев'яних храмів
диво українських дерев'яних храмівдиво українських дерев'яних храмів
диво українських дерев'яних храмів
 
6 christmas in ukraine
6 christmas in ukraine6 christmas in ukraine
6 christmas in ukraine
 
презентация2
презентация2презентация2
презентация2
 
2.1 welcome to ukraine
2.1 welcome to ukraine2.1 welcome to ukraine
2.1 welcome to ukraine
 
2.krossvord (poln)
2.krossvord (poln)2.krossvord (poln)
2.krossvord (poln)
 
Prezentatsia визн місця
Prezentatsia визн місцяPrezentatsia визн місця
Prezentatsia визн місця
 
7ukrainian cuisine 10
7ukrainian cuisine 107ukrainian cuisine 10
7ukrainian cuisine 10
 
Ukr
UkrUkr
Ukr
 
Україна
УкраїнаУкраїна
Україна
 
Рідна Україна
Рідна УкраїнаРідна Україна
Рідна Україна
 
якось господь бог вирішив наділити дітей світу талантами
якось господь бог вирішив наділити дітей світу талантамиякось господь бог вирішив наділити дітей світу талантами
якось господь бог вирішив наділити дітей світу талантами
 
святогорск
святогорсксвятогорск
святогорск
 
трускавец
трускавецтрускавец
трускавец
 
Kharkov
KharkovKharkov
Kharkov
 
Kharkov
KharkovKharkov
Kharkov
 
трускавец
трускавецтрускавец
трускавец
 
Odessa
OdessaOdessa
Odessa
 
Carpathians
CarpathiansCarpathians
Carpathians
 
Lviv a house,
Lviv   a house,Lviv   a house,
Lviv a house,
 
копия фотоэффект
копия фотоэффекткопия фотоэффект
копия фотоэффект
 

волновая оптика

  • 2. ПРИ РАССМОТРЕНИИ ОТРАЖЕНИЯ И ПРЕЛОМЛЕНИЯ СВЕТА, ПОСТРОЕНИИ ИЗОБРАЖЕНИЙ , ДАВАЕМЫХ ЛИНЗАМИ МЫ ПОЛЬЗОВАЛИСЬ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ОПТИКОЙ: ДЛЯ ЭТОГО МЫ ВВЕЛИ ПОНЯТИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКОГО ЛУЧА КАК ЛИНИИ, УКАЗЫВАЮЩЕЙ НАПРАВЛЕНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ СВЕТОВОЙ ЭНЕРГИИ И ИСПОЛЬЗОВАЛИ ТЕОРЕМЫ ГЕОМЕТРИИ. НО СУЩЕСТВУЕТ ОБШИРНЫЙ КЛАСС ОПТИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ, ОТНОСЯЩИХСЯ ГЛАВНЫМ ОБРАЗОМ К ВОПРОСАМ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СВЕТА И ВЕЩЕСТВА, ДЛЯ ПОНИМАНИЯ КОТОРЫХ НАДО СОСТАВИТЬ БОЛЕЕ ГЛУБОКОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ О ПРИРОДЕ СВЕТА. ВСЕ ЭТО РАССМАТРИВАЕТСЯ В ФИЗИЧЕСКОЙ ОПТИКЕ. КОГДА МЫ РАССМАТРИВАЛИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ, ТО ВЫЯСНИЛИ, ЧТО ВОЛНОВЫЕ ПРОЦЕССЫ ПОДЧИНЯЮТСЯ ЯВЛЕНИЯМ ИНТЕРФЕРЕНЦИИ, ДИФРАКЦИИ, ПОЛЯРИЗАЦИИ. ПО ТЕОРИИ МАКСВЕЛЛА СВЕТ – ЭТО ТОЖЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ВОЛНА, А ЗНАЧИТ ТОЖЕ ДОЛЖЕН ПОДЧИНЯЕТСЯ ЭТИМ ЯВЛЕНИЯМ.
  • 3.  
  • 4. Многие наблюдали окраску по краям линз в телескопах, но объяснил лишь Ньютон. Он хорошо понимал, что линза представляет собой систему призм. Не равномерный спектр! Латынь – Spectrum – представление, образ, видение Призма не окрашивает, призма разлагает свет! 7 цветов – дань традиции (7 звуков в октаве, семеричная система счета). Есть три основных цвета: синий, красный, зеленый. Их нельзя получить из комбинации лучей света других цветов. Все остальные цвета – комбинация трех основных цветов. Оттенков цветов множество (цветное телевидение). Цвета, дополняющие друг друга до белого, Ньютон назвал дополнительными цветами (оранжевый – голубой, красный – голубовато-зеленый). Спектр – разложение какого- либо излучения по длинам волн или частотам. Не путать спектр и дисперсию! В вакууме скорость всех цветов света одинакова . Дисперсии нет, хотя, например, при интерференции света спектры наблюдаются.
  • 5.  
  • 6. Ньютон смог объяснить цвета непрозрачных и прозрачных тел.  Белое тело отражает лучи света всех цветов. Черное тело – поглощает лучи света всех цветов . Поглощает все цвета, Поглощает все цвета, отражает красный красный пропускает красный
  • 7. Красивое коромысло над лесом повисло.
  • 8. Красивое коромысло над лесом повисло. Что это? – радуга! Что она собой представляет? Какова причина её возникновения? Мы показали, что показатель преломления зависит от длины волны и частоты. Отсюда следует, что всякая граница раздела двух сред разлагает белый свет. Но практически наблюдать нельзя, так как угол расхождения пучков света с различным показателем преломления очень мал, точка наблюдения очень далеко. Наблюдать можно на границе раздела двух сред, составляющих друг с другом какой – либо угол. В естественных условиях эта система реализована в строении кристаллов или в водяных каплях. Водяные капли в воздухе – причина возникновения радуги. Это явление Рене Декарт объяснил в 1637 голу: отражение (полное внутреннее отражение, открытое Кеплером) и преломление света в каплях. Но Декарт, открывший закон преломления, только показал ход лучей, а объяснить возникновение цветов не смог. Работы Ньютона по дисперсии дают объяснение этому явлению.
  • 9.  
  • 10. Интерференция света Мы рассмотрим такое волновое проявление свойств света, как интерференция света. Чтобы глубже разобраться с этим явлением, вначале рассмотрим интерференцию механических волн. Проведем опыт с волновой ванной: две волны на воде не мешают распространяться друг другу. Звуковые волны (голоса в классе, оркестр) тоже распространяются независимо друг от друга. Но волны в процессе распространения могут складываться, при этом в определенных точках пространства они усиливают или ослабляют друг друга. Рассмотрим опыт с поверхностными волнами в ванне. Пока источники волн не согласованы, ничего необычного не видно. Согласуем источники волн (пластинка и два штифта). Мы наблюдаем устойчивую картину распределения усилений и ослаблений колебаний. Это явление интерференции. Как оно возникает?
  • 11. Имеется два источника когерентных волн. При наложении волн наблюдается интерференционная картина. Интерференция – сложение двух волн, вследствие которого наблюдается усиление или ослабление результирующих колебаний в различных точках пространства. Откуда произошел этот термин? В 17 веке профессор математики в иезуитской школе Гримальди наблюдал и описал это явление, хотя не дал ему ни объяснения, ни названия. Англичанин Томас Юнг это явление объяснил сложением волн. Юнг дал название. Два года оно существовало в причастной форме – интерферирующий, (1801г.) а потом в форме существительного - интерференция . Английское интерференс – вмешательство, столкновение, встреча.. Рассмотрим условия наблюдения интерференционной картины и три случая интерференции механических волн.
  • 12. При наложении волн наблюдается три случая. 1. Случай. Волны в точку М приходят горбами или впадинами (в одинаковых фазах). Обозначим расстояние от источника S 1 до М буквой d 1 . а от источника S 2 – буквой d 2 . ∆ d = d 2 - d 1 называется оптической разностью хода ∆ d = d 2 - d 1 =2 k  /2  условие максимума  ∆ d = d 2 - d 1 = k  , где k =0,1,2,3... На разности хода лучей помещается четное число полуволн или целое число волн. ∆  =0 или ∆  = 2π ( период синуса ). А=2А Волны усиливают друг друга. Возрастает горб, а через Т/2 увеличивается впадина Принцип суперпозиции: Наблюдаем интерференционную картину, если: Когерентные источники волн 1. Волны не мешают прохождению друг сквозь друга. 2. (Энергия волны пропорциональна квадрату амплитуды). Налагаются волны одинаковой длины волны с постоянной разностью фаз. Это когерентные волны. Согласованность источников наз. когерентностью. Плюс для света: Разность хода не больше длины когерентности.
  • 13. 2. Случай. Одна волна в точку М приходит горбом, а другая – впадиной. Они в противофазе и гасят друг друга. ∆ d = d 2 - d 1 = (2 k + 1)  /2  Условие минимума . Где k =0,1,2,3... ∆  = π. А = 0. На разности хода лучей помещается не четное число полуволн. Энергия не исчезает, она перераспределяется! 3. Случай. ∆ d равно не целому числу полуволн. Результирующая амплитуда занимает промежуточное значение. 0< A <2 A . Чтобы наблюдать интерференционную картину для света – нужно разделить свет от одного источника на два пучка. Ллойд дал идею разделения света на два пучка: Есть разность хода. Выполняется: Но при этом способе наблюдать интерференционную картину для света трудно. Этот способ дает принцип: 1. Разделение пучка света на два пучка. 2. Встреча двух пучков света, при этом волны накладываются друг на друга. 3. Если  1 =  2 и ∆  = const (волны не смещаются относительно друг друга), то в одних местах волны усиливают друг друга, а в других – гасят! Наблюдается интерференция света.
  • 14. Способы наблюдения интерференции. Применение интерференции. Торричелли (1608 – 1647г.) изготавливал линзы с точностью 10 -6 см. Известны кольца Ньютона?! В тонких пленках интерференцию можно наблюдать лишь при малой толщине пленки ( ∆ d≤ 10 7 длины волны). В одном акте излучения цуг такой длины. Только волны одного цуга считаем когерентными. Почему интерференционные полосы цветные? 1. Различные цвета преломляются по-разному. 2. Воздушный клин или разная толщина пленки. 3. Для каждой точки экрана (пространства) разность хода лучей равняется целому числу волн определенного цвета (максимум для этого цвета), а для других цветов - не целому. Для какого – то другого цвета максимум в другой точке пространства. Бипризма Френеля Кольца Ньютона
  • 15. Дифракция света Впервые к выводу о том, что в центре тени должно быть светлое пятно пришел Пуассон, рецензировавший работу Френеля о дифракции света, предоставленную на соискание премии Парижской академии наук. На этом основании он сделал вывод, что теория Френеля ошибочна. Араго поставил опыт более тщательно и обнаружил темное и светлое пятно. Это был очень весомый аргумент в пользу теории Френеля. Дифракция света существует! Дифракция – огибание световыми волнами преград и отверстий, величина которых сравнима с длиной волны. Дифракция – латынь – разломанный. Явление дифракции присуще волнам любой природы: механическим (звук слышно за углом), эл. магнитным, световым. Дифракция волн проявляется особенно отчетливо в том случае, когда размеры препятствий меньше длины волны или сравнимы с ней Пронаблюдаем явление дифракции на поверхности воды, (волновая ванна). Дифракция от отверстия
  • 16. Теперь через отверстие, проделанное иглой в открытке, получим на экране светлое пятно. Оно оказалось больше, чем можно было ожидать. Это из-за дифракции света. Явление дифракции света наблюдать трудно, т.к. длина световой волны очень мала и препятствие должно быть очень малого размера. При дифракции лучи, огибающие преграды и отверстия, идут от одного отверстия (они когерентны), проходят разные расстояния и интерферируют. Поэтому чаще всего дифракция сопровождается интерференцией . Для различных длин волн (различного цвета) различные отклонения. ∆ d = k  - max ∆ d = (2 k +1)·  /2 – min S О А В Нить свет
  • 17.  
  • 18. Картину распределения энергии от щели можно изобразить так: Разрешающая способность микроскопа и телескопа: изображение мелких точек “размыты“, они сливаются, если точки близко. Границы применимости геометрической оптики: d – размер преграды; L – расстояние от преграды до источника наблюдения. Если L <<d 2 /  дифракция практически не видна (резкая тень) – геометрическая оптика. Если L >>d 2 /  дифракция наблюдается хорошо – физическая оптика.
  • 19. Проблема: если, прищурив глаз, смотреть на нить накала лампы, то нить кажется окаймленной светлыми бликами. Почему? (Щель от глаза, диф. решетка от ресниц). Дифракционная картина в опыте со щелью не имеет достаточной резкости и яркости. Это объясняется двумя причинами: а) через одну щель проходит мало света; в) светлые ( ma х) полосы получаются широкими и, как следствие, мало освещенными. Этот дефект устранен в приборе, названным дифракционной решеткой. Дифракционная решетка состоит из множества щелей (300 – 6000 на 1мм). картина резкая и яркая. Обычно это хорошо отполированное стекло, на котором алмазом нанесены тонкие штрихи. Хорошие решетки получают при помощи специальных делительных машин. Просты в изготовлении желатиновые отпечатки с такой решетки, зажатые между двумя стеклянными пластинами. Рассмотрим опыт получения дифракционного спектра от дифракционной решетки. Это равномерный спектр. к=0,1,2,3.... где к – порядок спектра. В отличие от дисперсионного в дифракционном спектре вначале фиолетовый цвет (отклоняется меньше красного). Рассмотрим более подробно устройство дифракционной решетки . d – Период решетки. в – непрозрачная часть а – прозрачная часть В нашем опыте d =1/100 мм.  d =а+в  или d = ℓ/N где ℓ - длина решетки, N – число штрихов (щелей). 0
  • 20. Осветим решетку параллельным пучком света. Значит, каждая щель становится источником вторичных волн и волны от щели распространяются во всех направлениях, а значит наблюдается дифракция света. Вследствие этого изображение щели должно располагаться в различных местах. Место расположения изображения щели зависит от угла падения луча S 1 S 2 S 3 - источники И так, пусть на дифракционную решетку падает параллельный пучок монохроматического света от щели (плоская монохроматическая волна длиной  ). Найдем условие максимума. Рассмотрим из многих направлений только те волны, которые распространяются под углом  Экран
  • 21. По принципу Гюйгенса огибающая вторичных волн есть фронт волны. Фронт перпендикулярен направлению распространению волны. Поэтому, вначале фронт  лучам, падающим на дифракционную решетку. После дифракционной решетки, при повороте лучей на  фронт волны тоже повернется на угол  . Теперь фронт  АС и возникает разность хода ∆ d =АС. Найдем условие максимума для дифракционной решетки. АВ =d AC= ∆ d =ABsin  AC= ∆ d = d sin  d sin  = k  , где k = 0, 1, 2, 3... k - порядок спектра. Условие наблюдения дифракционного минимума: При освещении решетки белым светом дифракционная решетка расщепляет белый свет в спектр, поскольку положение max и min зависит от длины волны (для различных длин волн – различные отклонения). Пластинка – отражательная дифракционная решетка. Такие решетки наилучшие. Используют: спектральный анализ – спектральные аппараты.
  • 22. Дифракционная решетка. Разложение белого света в спектр с помощью дифракционной решетки. Стационарно – искровые оптико - эмиссонные спектрометры «МЕТАЛСКАН –2500». Предназначены для точного анализа металлов и сплавов, включая цветные, сплавы черных металлов и чугуны.
  • 23. Поляризация света Все три явления – интерференция, дифракция и поляризация света изучались почти в одно и то же время, в первой четверти XIX века. Это было время острой борьбы двух теорий света: корпускулярной и волновой. Явление двойного лучепреломления известно очень давно, вот уже около 300 лет (Э. Бартолинус, 1669 г). Его хорошо знают геологи, имеющие дело с минералами. Творец волновой теории и современник Ньютона Гюйгенс писал: «Из Исландии, острова, находящегося в Северном море на широте 66 0 , привезли камень (исландский шпат), весьма замечательный по своей форме и другим качествам, но более всего по своим странным преломляющим свойствам». Один луч обыкновенный ( не преломляется), а другой необыкновенный. Необыкновенный луч не подчиняется законам преломления! Это явление объяснить не могли. В январе 1808 года Парижская академия наук объявила конкурс на премию за объяснение этого явления. Опыты молодого военного инженера Малюса: наблюдал через кристалл отражение заходящего солнца в окнах Люксембургского дворца и отражение света от поверхности воды. Он видел два солнца, причем яркость двух солнц менялась поочередно при вращении кристалла и даже оставалось одно солнце. Вот это было новым! Малюс был сторонником Ньютона: он тоже считал, что корпускула света является магнитом с противоположными полюсами N и S . Корпускулы в разных случаях ориентируются по – разному. Тем более это была эпоха электрических и электрохимических открытий. Тогда ученых волновала идея полярности. Вот поэтому Малюс это явление назвал поляризацией. Вот откуда произошло название – поляризация.
  • 24. Но явления интерференции и дифракции света поколебали столетнюю традицию теории Ньютона – корпускулярную теорию. Да, свет – это волна. Но продольная или поперечная? Думали, что свет продольная волна, распространяющаяся в эфире. Поперечная волна – только в твердых телах. Решить вопрос мог только опыт. В опыте с двумя поляроидами свет то появляется , то исчезает Это возможно, если свет представляет собой поперечную волну. При продольной волне объяснить опыт нельзя. Все это подтверждает теорию Максвелла о поперечности световых волн В электромагнитной волне колеблются вектор напряженности электрического поля и вектор магнитной индукции. так как именно он оказывает действие на сетчатку глаза и фотоэмульсию. Нас интересует именно Как человек видит поляризованный свет. При наблюдении поверхности, излучающей поляризованный свет, некоторые люди могут заметить в середине поля зрения полоску слабого желто - лимонного цвета, имеющую вид изогнутого снопа колосьев. Впервые это явление описал в 1846 году Гайдингер. Пример наблюдательности. В 1855 году Л.Н. Толстой в “Юности“, не зная этого явления, писал: «…я невольно оставляю книгу и вглядываюсь в растворенную дверь балкона, в кудрявые висячие ветви высоких берез, на которых уже заходит вечерняя тень, и в чистое небо, на котором, как смотришь пристально, вдруг показывается как будто пыльное желтоватое пятнышко и снова исчезает».
  • 25.  
  • 26.  
  • 27.  
  • 28.  
  • 29.  
  • 30. Рассмотрим шкалу электромагнитных волн. Ее составить можно по способу генерации, по методу регистрации и.т.д. У нас по способу генерации Природа одна с = (интерференция, дифракция, поляризация) { от 10 -12 м до 10 6 } Количество  качество : проникающая способность,, Био и хим активность Радиоволны от снега отражаются , а ИК – проходят. ИК нагревают тело человека. УФ вызывают покраснение. Рентгеновские лучи проходят сквозь тело
  • 31. Использованы материалы из книги Физика 1 1 авторов Лифарь С.В. Тарарина И.Н. Учитель физики ОШ № 32 Дикий А.Е. Использованы материалы из книги Физика 1 1 авторов Лифарь С.В. Тарарина И.Н.