Волновая оптика

Главное по теме

• Интерференция - сложение когерентных волн: в одних местах свет усиливается, в других ослабляется.
• Условие максимума: разность хода Δ = k·λ (целое число длин волн). Условие минимума: Δ = (k + 12)·λ (нечётное число полуволн).
• Когерентные волны имеют одинаковую частоту и постоянную разность фаз. Два обычных источника света когерентными не бывают.
• Дифракция - отклонение света от прямолинейного распространения, огибание краёв препятствий и щелей. Она заметна, когда размер препятствия сравним с длиной волны.
• Дифракционная решётка: d·sin φ = k·λ, где d - период решётки, k - порядок максимума.
• Период решётки d = 1 / N, где N - число штрихов на единицу длины.
• Дисперсия - зависимость показателя преломления от длины волны. В призме сильнее всех отклоняется фиолетовый свет, слабее всех красный.
• В спектре решётки красный цвет отклоняется сильнее фиолетового (у призмы наоборот).
• Поляризация света доказывает, что световые волны поперечные.
• Длина волны света в среде: λ = λ₀ / n, частота не меняется.

Задания с разбором

Где теряют баллы

• Волновая оптика: интерференция, дифракционная решётка, дисперсия

  Ловушка: Для максимума интерференции берут полуцелое число волн; в решётке путают период с числом штрихов на мм.

  Как решать: Максимум: разность хода = kλ, минимум: (2k + 1)λ/2. Решётка: d·sinφ = kλ, d = 1 мм / число штрихов.

Объяснение простыми словами

Посмотри на мыльный пузырь или на радужное пятно бензина на луже. Откуда там цвета, если мыльная вода и бензин бесцветные? А посмотри на обратную сторону компакт-диска: она переливается всеми цветами. Эти красоты объясняются тем, что свет - это волна, а волны умеют складываться и огибать препятствия. Это и есть волновая оптика.

Начнём с интерференции. Если две волны приходят в одну точку, их колебания складываются. Когда горб одной волны совпадает с горбом другой, получается усиление. Когда горб встречает впадину, они гасят друг друга. Для света это означает светлые и тёмные места. Но есть важное условие: волны должны быть когерентными, то есть иметь одинаковую частоту и постоянную разность фаз. Две лампочки когерентными не бывают, потому что атомы излучают вразнобой. Поэтому в опытах свет от одного источника разделяют на два пучка: например, пропускают через две щели (опыт Юнга) или отражают от двух поверхностей тонкой плёнки.

Дальше в Biik: продолжение объяснения, видеоразбор и проверка из 8 заданий по этой теме.

Термины

Волновая оптика

Раздел оптики, который объясняет явления света через его волновую природу.

Интерференция

Сложение двух и более волн, при котором в одних точках колебания усиливаются, а в других гасятся.

Когерентные волны

Волны одинаковой частоты с постоянной во времени разностью фаз; только они дают устойчивую интерференционную картину.

Разность хода

Разница расстояний, которые прошли две волны до данной точки; обозначается Δ.

Интерференционный максимум

Точка, где волны усиливают друг друга; условие Δ = k·λ.

Интерференционный минимум

Точка, где волны гасят друг друга; условие Δ = (k + 12)·λ.

Опыт Юнга

Опыт, в котором свет от одного источника разделяют на две щели и получают на экране чередование светлых и тёмных полос.

Интерференция в тонких плёнках

Радужная окраска мыльных пузырей и масляных пятен из-за сложения лучей, отражённых от двух поверхностей плёнки.

Кольца Ньютона

Интерференционные кольца, возникающие в тонком воздушном зазоре между линзой и стеклянной пластиной.

Просветление оптики

Нанесение тонкой плёнки на линзу так, чтобы отражённые лучи гасили друг друга и свет лучше проходил.

Дифракция

Огибание волнами препятствий и проникновение в область геометрической тени.

Принцип Гюйгенса

Каждая точка волнового фронта является источником вторичных волн, а новый фронт - их огибающая.

Дифракционная решётка

Прозрачная пластина с множеством одинаковых узких параллельных щелей, раскладывающая свет в спектр.

Период решётки d

Расстояние между серединами соседних щелей; d = 1 / N, где N - число штрихов на единицу длины.

Порядок максимума k

Целое число, номер дифракционного максимума: 0, 1, 2 и так далее; нулевой максимум - прямо по центру.

Дисперсия света

Зависимость показателя преломления вещества от длины волны (цвета) света.

Спектр

Набор цветов, на которые разлагается свет: от красного до фиолетового.

Поляризация света

Упорядочение колебаний светового вектора в одной плоскости; доказывает поперечность световых волн.

Поляроид

Плёнка или пластина, пропускающая свет только с одним направлением колебаний.

Длина волны света

Для видимого света примерно от 400 нм (фиолетовый) до 700 нм (красный).