Презентация "«Интерференция света»" по физике – проект, доклад

Интерференция света

Всё известно вокруг, тем не менее На Земле ещё много того, Что достойно, поверь, удивления И твоего, и моего. (автор неизвестен)

«Мыльный пузырь, витая в воздухе… зажигается всеми оттенками цветов, присущими окружающим предметам. Мыльный пузырь, пожалуй, самое изысканное чудо природы». Марк Твен

Блиц – опрос

1. Какое явление называется интерференцией волн?

Интерференция – явление наложения когерентных волн, при котором образуется постоянное во времени распределение амплитуды результирующих колебаний в различных точках пространства.

2. Какие волны называются когерентными?

Волны с одинаковой частотой и постоянной разностью фаз называются когерентными.

3.В каких точках пространства наблюдаются интерференционные максимумы?

Интерференционные максимумы наблюдаются в точках пространства, для которых геометрическая разность хода интерферирующих волн равна целому числу длин волн.

4. В каких точках пространства наблюдаются интерференционные минимумы?

Интерференционные минимумы наблюдаются в точках пространства, для которых геометрическая разность хода интерферирующих волн равна нечетному числу полуволн.

5. Куда исчезает энергия двух волн в местах интерференционных минимумов?

В местах интерференционных максимумов энергия результирующих колебаний превышает сумму энергий интерферирующих волн ровно на столько, на сколько уменьшилась энергия в местах интерференционных минимумов.

Интерференция света в природе

Радужная окраска крыльев и глаз насекомых

Перламутр раковин

Интерференция света в быту и технике

Окраска нефтяных, масляных, мыльных пленок

«игра» света в пленках голографичеких этикеток торговых фирм

Цвета побежалости в технике

Цвета побежалости на разогретом лезвии бритвы

цвета побежалости — радужные цвета, образующиеся на гладкой поверхности металла или минерала в результате формирования тонкой прозрачной поверхностной оксидной плёнки и интерференции света в ней. Цвета побежалости обычно наблюдаются при нагревании сплавов железа, например, углеродистой стали.

Цвета побежалости при термообработке стали

Цвета побежалости в природе

Цвета побежалости на кристалле висмута

Цвета побежалости минерала Борнит

Цвета побежалости в оксидных пленках минералов

Немного истории

Итальянский ученый Ф. Гримальди проделал простой опыт по интерференции света: на пути солнечных лучей ставил диафрагму с двумя близкими отверстиями, получал два конуса световых лучей; помещая экран в том месте, где эти конусы накладываются друг на друга, заметил, что в некоторых местах освещенность экрана меньше, чем если бы его освещал только один световой конус. Из этого опыта Гримальди сделал вывод, что прибавление света к свету не всегда увеличивает освещенность.

Попытки объяснить разноцветную окраску тонких масляных плёнок на поверхности воды делали в разное время независимо друг от друга английские ученые Роберт Бойль и Роберт Гук. Они объясняли данное явление отражением света от верхней и нижней поверхностей пленки.

Роберт Гук Роберт Бойль

Один из основателей волновой оптики

Человек ярких дарований Томас Юнг (13.06.1773 – 10.05.1829) –известный врач и замечательный физик, астроном, механик, металлург и египтолог, океанограф и зоолог, востоковед и сатирик, геофизик и полиглот (знал 14 языков: греческий, латынь, древнееврейский, французский, итальянский, арабский, персидский, английский,…), серьезный знаток музыки и искусный музыкант, игравший едва ли не на всех инструментах того времени; отличный живописец и даже незаурядный гимнаст, акробат и наездник. Юнг был человеком почти таких же универсальных дарований, как Леонардо да Винчи.

«Всякий может делать то, что делают другие». Т. Юнг.

«Феномен Юнг» удивил весь научный мир своим простым опытом

В 1801г английский ученый Т. Юнг объяснил явление интерференции света на основе принципа суперпозиции световых когерентных волн и ввел термин «интерференция» в науку.

Интерференция (лат.): «inter» между + «ferens» несущий, переносящий.

При каких условиях можно наблюдать интерференцию света?

Интерференция света – это явление наложения световых волн друг на друга, приводящее к перераспределению энергии волн в пространстве, в результате чего происходит усиление или ослабление света. Условие интерференции – когерентность (согласованность) источников . Когерентные источники – это источники с одинаковой частотой и постоянной разностью фаз в любой точке пространства. В природе нет когерентных источников света!

- условие интерференции

Интерференционная картина

Интерференционная картина на экране – это чередование светлых (цветных) и темных полос на экране, максимумов и минимумов. По закону сохранения энергии: энергия световых волн никуда не исчезает, она только перераспределяется между максимумами и минимумами.

max- свет; min- тьма

Монохроматичность – одноцветность (ν=const): монос - один; хромос – цвет. Монохроматический свет – свет лазера; свет, пропущенный через светофильтр (цветное стекло).

Условие интерференционных максимумов и минимумов

Условие максимумов:

Условие минимумов:

Кольца Ньютона

И.Ньютон наблюдал и исследовал кольца не только в белом, но и при освещении линзы одноцветным (монохроматическим) светом. Удовлетворительно объяснить, почему возникают кольца, Ньютон не смог. Это удалось Юнгу.

в белом свете

в монохроматическом свете

Кольца Ньютона – интерференционная картина , имеющая вид концентрических колец и возникающая в тонкой прослойке воздуха между стеклянной пластиной и положенной на нее плоско – выпуклой линзой, сферическая поверхность которой имеет большой радиус кривизны. В месте соприкосновения линзы и пластины темное пятно и вокруг него совокупность маленьких радужных (или одноцветных) колец. Расстояние между соседними кольцами быстро убывают с увеличением их радиуса.

Кольца Ньютона в монохроматическом свете

Интерферируют лучи1 и 2

Разные интерференционные картины колец Ньютона

Линза Пробное стекло

Кривизна линзы больше кривизны пробного стекла

Кривизна линзы меньше кривизны пробного стекла

На фото - оправа, в которой зажаты две стеклянные пластины. Одна из них слегка выпуклая, так что пластины касаются друг друга в какой-то точке. И в этой точке наблюдается нечто странное: вокруг нее возникают кольца. В центре они почти не окрашены, чуть дальше переливаются всеми цветами радуги, а к краю теряют насыщенность цветов, блекнут и исчезают...

И.Ньютон

Несмотря на название, первым опыт провел отнюдь не Исаак Ньютон. В 1663 г. другой англичанин, Роберт Бойль, первым обнаружил кольца Ньютона, а через два года опыт и открытие были независимо повторены Робертом Гуком. Ньютон же подробно исследовал это явление, обнаружил закономерности в расположении и окраске колец, а также объяснил их на основе корпускулярной теории света.

Зарождение волновой оптики

В чем же удивительность этого простого эксперимента? В каждой точке происходит отражение света от поверхностей пластин (всего таких поверхностей четыре). Мы видим, что иногда это приводит к увеличению яркости, но кое-где свет + свет = темнота! Через сто с лишним лет Томас Юнг "пролил свет" на причину этого явления, назвав ее интерференцией. Свет "чувствует" малейшие изменения расстояния между пластинами. Обратите внимание: на фото видна пылинка, попавшая в зазор между пластинами (там, где форма колец слегка искажена

Некоторые применения интерференции света

«Просветление оптики» - уменьшение отражения света от поверхности линзы в результате нанесения на нее специальной пленки. Фиолетовый или сиреневый оттенок просветленных объективов.

Проверка качества обработки поверхности. Неровности поверхности с точностью до 10 -6 см вызывают искривления интерференционных полос, образующихся при отражении света от контролируемой поверхности и нижней грани эталонной пластины.

Деталь Эталон

Не решить ли нам задачечку?

Две когерентные световые волны достигают некоторой точки пространства с разностью хода Δd. Что произойдет в этой точке пространства усиление или ослабление света, если а) Δd=λ/2; б) Δd=λ ?

max - ? min - ?

Как решать задачу?

Фронтальный опрос по теме: «Интерференция света»

Тесты

А знаете ли Вы?

Скульптура «Мечта» ( девочка, пускающая мыльные пузыри) в г. Белгород установлена в 2005г.

9 августа 1996 года новозеландец Алан Маккей выдул самый длинный мыльный пузырь – длиной 32 метра.

Домашнее задание

§ 57 («Физика 9 класс: учебник для общеобразовательных учреждений» А. В. Перышкин, Е. М. Гутник , Москва, «Дрофа», 2011. Знать ОК урока. ТЗ – 10, №14 («Физика 9 класс: учебно – методическое пособие (дидактические материалы)» А. Е. Марон, Е. А. Марон, Москва, «Дрофа», 2011. II часть практической работы. Выполните три задания. 1) Бритвенное лезвие нагрейте на спичке, сотрите тряпочкой копоть и рассмотрите образовавшуюся на лезвии пленку. Зарисуйте порядок появления цветных полос. Объясните результат опыта.

II часть практической работы 2) Опустите очень маленькую каплю скипидара (масла) с конца иголки на поверхность воды. Образовавшуюся пленку наблюдайте в отраженном свете и зарисуйте. Объясните результат опыта. 3) С помощью трубки выдуйте небольшой мыльный пузырь и пронаблюдайте за образованием цветных интерференционных колец в белом и монохроматическом свете (через цветную пленку). Для желающих: подготовьте сообщение о мыльных пузырях: о приготовлении мыльных растворов, о способах выдувания больших мыльных пузырей, желающие могут на следующем уроке продемонстрировать и поделиться своим опытом.

Наблюдение интерференции света (практическая работа)

Цель работы: пронаблюдать и зарисовать характерные особенности явления интерференции света , ответить на контрольные вопросы Оборудование: 1) спички, 2) спиртовка (свеча в металлической оправе), 3) комочек ваты на проволоке в пробирке, смоченный раствором хлорида натрия, 4) проволочное кольцо с ручкой, 5) стакан с мыльным раствором, 6) пластинки стеклянные (стекла предметные)-2шт., 7) бумажная салфетка для стекол, 8) светофильтр ( цветное стекло, цветная пленка).

Указания к работе

Для наблюдения интерференции при монохроматическом излучении в пламя спиртовки внесите комочек ваты, смоченный раствором хлорида натрия. При этом пламя окрашивается в желтый цвет. Опуская проволочное кольцо в мыльный раствор, получите мыльную пленку, расположите ее вертикально и рассмотрите на темном фоне при освещении желтым светом спиртовки (свечи). Пронаблюдайте за образованием темных и желтых горизонтальных полос и изменением их ширины по мере уменьшения толщины пленки.

В тех местах, где разность хода когерентных лучей равна четному числу полуволн, наблюдаются светлые (цветные) полосы, а при нечетном числе полуволн – темные полосы.

При освещении пленки белым светом (от окна или лампы) возникает окрашивание светлых полос: вверху – в синий цвет, внизу – в красный. По мере уменьшения толщины пленки полосы, расширяясь, перемещаются вниз. Интерферируют световые волны отраженные от верхней и нижней граней пленки.

2. Две стеклянные пластинки тщательно протрите, сложите вместе и прижмите пальцами друг к другу. Рассмотрите пластины в отраженном свете на темном фоне (расположить их надо так, чтобы на поверхности стекла не образовывались слишком яркие блики от окон или от белых стен). В отдельных местах соприкосновения пластин пронаблюдайте яркие радужные кольцеобразные или неправильной формы полосы. Заметьте изменения формы и расположения полученных интерференционных полос в зависимости от толщины воздушной прослойки между ними.

2. Из-за не идеальности формы соприкасающихся поверхностей между пластинками образуются тончайшие воздушные прослойки, дающие яркие радужные кольцеобразные или замкнутые неправильной формы полосы. 3. Попытайтесь увидеть картину интерференции в проходящем свете. 4. Расположите на стеклянной пластине плоско – выпуклую линзу, сферическая поверхность которой имеет большой радиус кривизны и плотно прижмите линзу к поверхности пластины. В месте соприкосновения линзы и пластины темное пятно, а вокруг него совокупность маленьких радужных (или одноцветных) колец. Пронаблюдайте кольца ньютона в белом и монохроматическом свете.

Основные выводы из практической работы

Различные цвета тонких плёнок зависят от: 1) толщины плёнки; 2) угла падения; 3) частоты световой волны. Если плёнка имеет неодинаковую толщину, то при освещении её белым светом появляются различные цвета. Там, где плёнка тоньше усиливаются лучи с малой длиной волны (синие, фиолетовые), там, где толще – с большей длиной волны (оранжевые, красные).

Кольца Ньютона возникают при интерференции света, отраженного верхней и нижней границами воздушного зазора. Волны когерентны: они имеют одинаковую длину и постоянную разность фаз, которая возникает из-за того, что волна 2 проходит больший путь, чем волна 1. Волна 1 не изменяет своей фазы, а волна 2 при отражении от пластины возвращается в противофазе. Поэтому лучи гасят друг друга и наблюдается тёмное пятно. В отраженном свете: тёмные кольца возникают при выполнении условия MAX: разность хода равна целому числу длин волн; светлые (цветные) кольца возникают там, где MIN: разность хода равна нечётному числу длин полуволн. Если свет, освещающий установку, белый, то будут наблюдаться цветные кольца.

Кольца Ньютона возникают при интерференции света, отраженного от четырех поверхностей соприкасающихся стеклянных пластин. В отдельных местах соприкосновения пластин наблюдаются яркие радужные кольцеобразные или неправильной формы полосы в отраженном свете. Изменяя местоположение сжимающего усилия, можно изменять конфигурацию и ширину полос, насыщенность их красками При определенном нажиме интерференционные полосы имеют форму почти концентрических окружностей.

Благодарим всех за внимание! До новых встреч!