Разработка уроков по теме "Свойства волн"

ГБПОУ г.Москвы «МТК имени Л.А.Филатова» Дисперсия света. Интерференция механических волн и света. Дифракция света.

11 класс

Разговор о свойствах волн

Преподаватель физики Л.А.Алексеева

Д и с п е р с и я с в е т а

Опыт Ньютона

Ньютон направил на призму световой пучок малого поперечного сечения. Пучок солнечного света проходил в затемненную комнату через маленькое отверстие в ставне.

Падая на стеклянную призму, он преломлялся и давал на противоположной стене удлиненное изображение с радужным чередованием цветов.

Эту радужную полоску Ньютон назвал спектром  (от лат. слова spectrum - “вuдение”).

Волна одного цвета –

монохроматическая

Закрыв отверстие синим стеклом, Ньютон наблюдал на стене только синее пятно

Волна одного цвета –

монохроматическая

Закрыв отверстие красным стеклом, Ньютон наблюдал на стене только красное пятно.

Отсюда следует, что не призма окрашивает белый свет, как предполагалось раньше.

Призма не изменяет свет, а лишь разлагает его на составные части.

Явление разложения белого света на составляющие Ньютон назвал дисперсией (от латинского слова «рассеяние»).

Проделав опыт, Ньютон сделал вывод, что  белый свет состоит из семи цветов .  Их совместное действие дает нам ощущение белого света, а после прохождения через призму эти цвета разделяются. Ньютон доказал это, направив эту радужную полосу на вторую призму и получив опять белый свет. 

В спектре Ньютон выделил следующие цвета: фиолетовый, синий, голубой, зеленый, желтый, оранжевый и красный.

Последовательность цветов в спектре легко запоминается:

Каждой цветности соответствует своя длина и частота волны

Сильнее всего преломляются фиолетовые лучи, а слабее – красные. В результате и получается цветной спектр.

Разная степень преломляемости связана с разной скоростью распространения света разных частот в данной среде.

Зависимость показателя преломления света от частоты колебаний (или длины волны) называется дисперсией

Вследствие различной степени преломляемости разных монохроматических цветов пучок белого света разлагается призмой в спектр.

Каждый цвет спектра является монохроматическим.

Монохроматический свет – одноцветный свет.

Длины волн монохроматического света

760 –

620 –

620

590

нм

590 –

нм

560

560 –

500

500 –

нм

480 –

480

нм

450

нм

450 –

нм

380

нм

Выводы из опытов Ньютона:

призма не изменяет свет, а лишь разлагает его на составные части;

белый свет как электромагнитная волна состоит из семи монохроматических волн;

световые пучки, отличающиеся по цвету, отличаются по степени преломляемости;

наиболее сильно преломляются фиолетовые лучи, меньше других - красные ;

красный свет имеет наибольшую скорость в среде, а фиолетовый - наименьшую, поэтому призма и разлагает свет.

Цвет непрозрачных предметов

• При взаимодействии с различными телами лучи света разного цвета по-разному отражаются и поглощаются этими телами.

• Тела, окрашенные в белый цвет, отражают лучи света разных частот одинаково хорошо.

• Тела, окрашенные в черный цвет, поглощают лучи света разных частот одинаково хорошо.
• Непрозрачные тела окрашиваются в тот цвет, лучи света которого они хорошо отражают.

Цвет прозрачных тел

Цвет прозрачного тела определяется составом того света, который проходит через него.

Если прозрачное тело равномерно поглощает лучи всех цветов, то в проходящем белом свете оно бесцветно, а при цветном освещении имеет цвет тех лучей, которыми освещено.

Примеры дисперсии

Дисперсия белого света через призму. Когда белый свет падает на призму, из нее выходит «коллекция» из семи цветов из-за дисперсии.

Дисперсия из-за масла на дороге. Небольшое количество масла обычно присутствует на поверхности дороги, например, смазочное масло из автомобилей, что приводит к появлению полос красивых цветов во время дождя.

Образование радуги. Радуга считается одним из самых удивительных световых проявлений, когда-либо наблюдавшихся на планете. Радуга образуется во время дождя в результате поглощения, преломления и рассеивания света в капельках воды.

Дисперсия в алмазе. Это когда белый свет попадает в алмаз (или любой другой плотный объект), разделяется на все спектральные цвета радуги и отражается обратно в глаза.

Интерференция света

Как образуется интерференция света?

Возникает при наличии когерентности складывающихся волн. Взаимно когерентные световые пучки могут быть получены путём разделения и последующего сведения лучей, исходящих от общего источника света.

Когерентные источники – источники волн, колеблющихся с одной и той же частотой и постоянной разностью фаз

Что получится в результате сложения волн?

Результат сложения

зависит от разности фаз складывающихся колебаний

(т.е. от того, в какой фазе приходит каждая волна в точку сложения)

Условие максимума

• Разность хода волн равна целому числу длин волн

( иначе четному числу длин полуволн)

Что получится в результате сложения волн?

При этом амплитуда результирующего колебания максимальна –

волны «усилили» друг друга

Условие минимума

• Разность хода волн равна  нечетному числу длин полуволн.

Что получится в результате сложения волн?

Условие минимума:

При этом амплитуда результирующего колебания равна 0.

Волны «погасили» друг друга

Разность хода равна нечетному числу длин полуволн

∆ d = ( 2k + 1 ) λ/2

Интерференция света — сложение световых волн, при котором происходит усиление световых колебаний в одних точках и ослабление в других.

Интерференционная картина возникает только при сложении согласованных (когерентных) волн.

Когерентные волны создаются когерентными источниками волн, т.е. источники волн имеют одинаковую частоту и разность фаз их колебаний постоянна.

У двух разных источников света никогда не сохраняется постоянная разность фаз волн, поэтому их лучи не интерферируют.

Виды интерференции

Интерференция света

Это явление, при котором свет от нескольких источников (например, от двух лазеров) Интерференция в тонких пленках (мыльные пузыри)

Интерференция звука

Это явление, при котором звуковые волны от двух или более источников взаимодействуют и создают интерференционную картину. Например, когда два звуковых источника (например, два микрофона) находятся рядом.

Интерференция волн на воде

Это явление, возникающее при взаимодействии волн на поверхности воды. Это может привести к образованию волн-убийц.

Дифракция света

Дифракция – отклонение от прямолинейного распространения при огибании волнами препятствий

От латинского слова difractus — разломанный

Дифракция

Становится заметной, если размеры препятствия меньше длины волны.

Дифракция

Существует всегда, когда волна распространяется в неоднородной среде.

Дифракция

Общее свойство волн любой природы.

I. Дифракция механических волн

Дифракция наблюдается

Дифракция наблюдается слабо (исключение: края преград)

– длина волны

– диаметр отверстия (ширина препятствия)

II. Дифракция света

Дифракция света – явление отклонения световых лучей от прямолинейного распространения и их проникновение в область тени за непрозрачным телом.

Когерентные волны интерфери -руют

Из-за дифракции от отверстий выходят два частично перекрывающихся конуса

Опыт Юнга

Для дифракции характерно не столько загибание за края преград, сколько возникновение за преградой интерференционной картины

Дифракционная решетка

Дифракционная решетка – совокупность большого числа очень узких щелей, разделенных непрозрачными промежутками.

Дифракционные решётки

отражательные

прозрачные

Штрихи нанесены на зеркальную поверхность

Штрихи нанесены на стеклянную поверхность

Наблюдение ведётся в проходящем свете

Наблюдение ведётся в отражённом свете

Дифракционные спектры

Дифракционная решетка – спектральный прибор, служащий для разложения света и измерения длины световой волны.

Границы применимости геометрической оптики

Дифракция устанавливает предел разрешающей способности любого оптического прибора

Проявляются волновые свойства, изображение смазывается

Дифракция не видна, резкая тень

– расстояние до предмета, d – размер предмета

Поляризация света

Примеры применения поляризации

На практике в повседневной жизни встречаются следующие примеры: Ярким примером, знакомым всем, является 3D-кинематограф.

Еще одним распространенным примером являются поляризационные очки, скрывающие солнечные блики от воды и света фар на трассе.

Так называемые поляризационные фильтры задействованы в фототехнике, а поляризация волн применяется с целью передачи сигналов между антеннами разных космических аппаратов.

Зависимость показателя преломления света от частоты колебаний (или длины волны) называется дисперсией

Вследствие различной степени преломляемости разных монохроматических цветов пучок белого света разлагается призмой в спектр.

Интерференция света — сложение световых волн, при котором происходит усиление световых колебаний в одних точках и ослабление в других.

Дифракция света – явление отклонения световых лучей от прямолинейного распространения, которое приводит к огибанию волнами препятствий и их проникновение в область тени за непрозрачным телом.