Интерференция и волновые свойства света

Конспект по физике для 9 класса «Интерференция и волновые свойства света». В чём состоит опыт Юнга. Как выглядит интерференционная картина в опыте Юнга. Как объясняются цвета тонких плёнок. 

Конспекты по физике    Учебник физики    Тесты по физике


Интерференция и волновые свойства света

Упомянутые ранее две теории светакорпускулярная теория Ньютона и волновая теория Гюйгенса — с теми или иными оговорками объясняли большинство явлений геометрической оптики. И лишь благодаря авторитету Ньютона большинство естествоиспытателей склонялись в пользу корпускулярной теории. Поэтому необходим был такой эксперимент, который позволил бы сделать однозначный вывод.

ОПЫТ ЮНГА

Как вы уже знаете, одной из характерных особенностей всех волновых процессов является интерференция. Поэтому обнаружение интерференции света могло бы рассматриваться в качестве главного аргумента в поддержку волновой природы света. Однако все попытки обнаружить интерференцию света от двух независимых источников, например от двух одинаковых ламп, не увенчались успехом. Включение дополнительного источника приводило лишь к увеличению освещённости, но никакой интерференционной картины не возникало.

Английский физик Т. Юнг, человек с необычайно широким кругом научных интересов, в 1802 г. осуществил удивительно простой и изящный опыт по интерференции света, ставший впоследствии классическим.

За непрозрачной ширмой с узкой щелью Юнг поместил достаточно интенсивный источник, свет от которого через щель падал на другую ширму, снабжённую двумя узкими щелями, расположенными на расстоянии 1-2 мм друг от друга. В результате этого световой пучок, исходящий из щели S, посредством щелей S1 и S2 разделялся на два пучка.

В соответствии с корпускулярной теорией Ньютона на экране, установленном за ширмами, должны были появиться две полоски. Однако вместо этого на экране появился ряд светлых полосок, разделённых тёмными промежутками. Самым удивительным было то, что прямо против промежутка между щелями S1 и S2 на экране образовалась центральная светлая полоска, симметрично которой расположились другие полоски. Это свидетельствовало о том, что свет огибает препятствия так, как предсказывала волновая теория Гюйгенса. Характерную картину чередования на экране максимумов и минимумов освещённости можно объяснить, если допустить, что свет состоит из волн. Светлые полосы П0, П2, П2‘ и т. д. образуются волнами, исходящими из щелей S1 и S2, которые взаимно усиливают друг друга. Тёмные полосы П1, П1’ и т. д. создаются волнами, которые взаимно гасят друг друга. Таким образом, при разделении светового пучка на два пучка получаются взаимно усиливающие друг друга световые волны, которые интерферируют.

Как уже отмечалось выше, явление интерференции присуще только волновым процессам и характерно для всех видов волн. Поэтому опыт Юнга сыграл определяющую роль в обосновании волновой природы света.

ЦВЕТА ТОНКИХ ПЛЁНОК

Вероятно, вам приходилось наблюдать радужные переливы цветов тонкой плёнки нефтепродуктов на поверхности луж, а также восхищаться игрой красок мыльных пузырей, которые вы выдували через тонкую трубочку. И едва ли при этом вы задумывались над тем, что наблюдаете явление интерференции света.

Рассмотрим опыт, который несложно осуществить даже в домашних условиях. На проволочную рамку, которую предварительно окунули в мыльный раствор, направляется свет от какого-либо источника. Опыт лучше всего проводить в затемнённой комнате, а в качестве источника использовать спиртовку, в пламя которой вносится кусочек ткани, смоченной раствором поваренной соли. При этом на поверхности мыльной плёнки, расположенной вертикально, будут наблюдаться чередующиеся жёлтые и чёрные полосы.

Вы уже обладаете достаточным запасом знаний, чтобы разобраться в этом явлении. Если смотреть сбоку, то сильно увеличенное сечение плёнки напоминает клин, так как мыльный раствор стекает вниз. Световая волна, падающая в точку К поверхности, частично отражается и частично проникает внутрь плёнки, отражаясь при этом в точке L, находящейся на задней поверхности. В результате получаются две волны, излучаемые из точек К и М, которые будут интерферировать, поскольку они порождены одной и той же волной. Разные участки плёнки имеют различную толщину, поэтому если на разности хода KLM укладывается целое число волн, то волны будут усиливать друг друга, и в этом месте плёнки будет наблюдаться жёлтая линия. Если же на пути LM укладывается нечётное число полуволн, то будет тёмная полоса.

Любопытным примером интерференции являются так называемые кольца Ньютона. Несмотря на название, первым это явление обнаружил Роберт Бойль, а через два года кольца Ньютона были независимо обнаружены Робертом Гуком.

Для наблюдения колец Ньютона свет направлялся на плосковыпуклую линзу, установленную на тщательно отполированную пластинку. В отражённом свете наблюдалась интерференционная картина в виде концентрических колец. Ньютон подробно исследовал это явление, обнаружил закономерности в расположении и окраске колец, а также объяснил эти закономерности на основе корпускулярной теории света.

 


Вы смотрели Конспект по физике для 9 класса «Интерференция и волновые свойства света»: В чём состоит опыт Юнга. Как выглядит интерференционная картина в опыте Юнга. Как объясняются цвета тонких плёнок. ВСПОМНИТЕ: Что такое интерференция волн? Что такое разность хода волн? Каковы условия усиления и ослабления колебаний при интерференции волн?

Вернуться к Списку конспектов по физике (Оглавление).

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *