Інтерференція світла.

Мета.

Навчальна. Ввести поняття інтерференції світла.

Розвиваюча. Розвивати предметну компетенцію, логічне та абстрактне мислення.

Виховна. Виховувати культуру наукового мислення.

Тип уроку. Урок засвоєння нових знань.

Дидактичні матеріали:

• Відео. Інтерференція на мильній бульбашці
• Демонстрація. Спостереження інтерференції. (Кільця Ньютона, оксидна плівка, мильні бульбашки).
• Відео. ор

План

1. Актуалізація опорних знань.
2. Інтерференція світла.
3. Запитання до уроку.
4. Домашнє завдання.
5. Перевір себе.
6. Для допитливих.

Хід уроку

1. Актуалізація опорних знань.

2.  Інтерференція світла.

Інтерференція світла. Вперше явище інтерференції було незалежно виявлено Робертом Бойлем (1627—1691) і Робертом Гуком (1635—1703). Вони спостерігали виникнення різнобарвного забарвлення тонких плівок (інтерференційних смуг), подібних масляним або бензиновим плямам на поверхні води.

а)     б)  в)

Мал. Інтерференція білого світла(а) в бензиновій  плямі на поверхні води, (б) в мильній плівці, в) в оксидній плівці.

Освітимо поверхню двома пучками світла, які поширюються від одного джерела і накладаються один на одний.  Такі хвилі матимуть однакову частоту та сталу різницю фаз.

Хвилі називаються когерентними, якщо вони мають однакову частоту і в точках накладання – сталу різницю фаз.

Інтерференція хвиль — явище накладання двох або більше когерентних світлових хвиль в результаті чого в одних місцях спостерігається підсилення результуючої хвилі (інтерференційний максимум), а в інших місцях послаблення (інтерференційний мінімум).

В 1802 році Т. Юнг виконав демонстраційний експеримент зі спостереження інтерференції світла, отримавши інтерференцію від двох щілинних джерел світла; пізніше цей дослід став класичним.

Мал. Інтерференція світла від двох щілинних джерел.

Умова інтерференційного максимуму (підсилення) коливань: , де

Умова інтерференційного мінімуму (послаблення) коливань: , де

Число  визначає порядок максимуму чи мінімуму в інтерференційній картині. Для білого світла  — порядок спектра.

• Відео. Інтерференція світла від двох щілинних джерел світла
• Відео. Дослід Юнга

Спостереження інтерференції світла.

Мал. а) Інтерференція світла в біпризмі Френеля; б) Інтерференція світла від двох щілин різного розміру.

Якщо тонку плівку однакової товщини освітлювати монохроматичним світлом, то при розгляданні під різними кутами зору її поверхня буде здаватися то темною, то забарвленою в той самий колір, що і колір світла, яке падає.

Монохроматичне світло - видиме електромагнітне проміння однієї певної й строго постійної частоти. Походження терміна пов'язане з тим, що зміна частоти світлових променів сприймається людиною як зміна їх кольору.

У природному світлі колір плівки буде змінюватися при зміні кута падіння світла на її поверхню.

Мал.  Інтерференція в тонкій плівці однакової товщини.

Якщо товщина плівки змінюється (клин), то у монохроматичному світлі на поверхні плівки утворяться темні і світлі смуги. У природному світлі інтерференційні максимуми будуть кольоровими.

Мал. Інтерференція на клину.

Візьмемо плоску скляну пластинку і покладемо на неї плоско-опуклу лінзу великого радіуса кривизни. Спрямуємо на лінзу широкий пучок світла. Навколо точки стикання лінзи і пластинки побачимо концентричні світлі і темні кільця.

а)   б)  в)

Мал. а) Утворення кілець Ньютона ; б) Кільця Ньютона в білому світлі; в) Кільця Ньютона при освітленні монохроматичним світлом різних довжин хвиль.

У фізиці їх називають кільцями Ньютона, на честь ученого, який вперше спостерігав і описав їх.

Мал. Кільця Ньютона.

Картина, що спостерігається, є проявом явища інтерференції в системі лінза—пластинка. Якщо пучок світла падає на плоску поверхню лінзи, то він частково проходить крізь неї, відбивається від нижньої поверхні лінзи та поверхні скляної пластинки. Внаслідок цього утворюються два когерентні пучки, які утворюють стійку інтерференційну картину. Якщо пучок широкий і охоплює всю плоску поверхню лінзи, то в ній спостерігатимуться темні і світлі концентричні кільця. Пригадавши умови утворення інтерференційної картини, можна дійти висновку, що темні смуги охоплюють усі точки простору між лінзою і пластинкою, в яких різниця ходу між відбитими пучками дорівнює непарній кількості півхвиль. Відповідно для світлих смуг різниця ходу відбитих пучків дорівнює парній кількості півхвиль.

Радіуси кілець Ньютона для хвиль різної довжини будуть різними. Це добре видно з фотографії кілець для зеленого і червоного світла. Знаючи радіус кривизни лінзи, за розмірами кілець Ньютона можна визначити довжину хвилі падаючого світла.

Кільця Ньютона спостерігатимугься і тоді, коли світло проходить крізь лінзу і пластинку. Проте в цьому разі темні і світлі кільця поміняються місцями.

• Демонстрація. Спостереження інтерференції. (Кільця Ньютона, оксидна плівка, мильні бульбашки).

Ідею кілець Ньютона застосовують для високоточного контролю якості оброблюваних поверхонь. Для цього на контрольовану поверхню кладуть плоску пластинку, якість якої відома. Якщо пластинку освітлювати монохроматичним світлом, то в тих місцях, де поверхні не стикаються, з'являться інтерференційні смуги, форма яких відповідатиме формі нерівностей досліджуваної поверхні. Розміри цих нерівностей можна визначити з точністю до півдовжини хвилі використаного світла.

3. Запитання до уроку.

Запитання 66.1. Яке світло називають монохроматичним?

Запитання 66.2. Що таке інтерференція світла?

Запитання 66.3. Які хвилі називають когерентними?

Запитання 66.4. Назвіть умови інтерференційних максимумів та мінімумів.

Запитання 66.5. Як утворюється інтерференційна картина в тонких плівках?

Запитання 66.6. Як утворюються кільця Ньютона?

Запитання 66.7. Засновник компанії по забезпеченню безпеки в Інтернеті «Openpath» Семі Камкар, створив шоколад з поверхнею, яка переливається різними кольорами веселки. Розкрийте секрет виготовлення такого витвору кулінарного мистецтва. Яке фізичне явище спостерігається на поверхні шоколаду?

4. Домашнє завдання.

Підручник: §30.

Усне опитування по запитаннях до уроку.

5. Перевір себе.

6. Для допитливих.