Волновые свойства света

1.

Волновые свойства
света

2. Волновые свойства света

Дисперсия
Интерференция
Дифракция
Поляризация

3.

Дисперсия
– это разложение естественного света в спектр, т.е.
зависимость показателя преломления от длины волны.
Спектр – это разложение света на 7 основных цветов: красный,
оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий, фиолетовый.

4. Дисперсия

Монохроматический свет – одноцветный свет, каждой
цветности соответствует своя длина и частота волны.
760 – 620 – 590 – 560 – 500 – 480 – 450 –
620
590 560 500 480
450
380
нм
нм
нм
нм
нм
нм
нм
Показатель
преломления среды
зависит от цвета, т.е.
частоты излучения:

5.

Образование радуги
Возникновение радуги - результат дисперсии света в каплях
воды, когда излучение разных цветов, входящее в состав
солнечного света, пространственно разделяется.
Условия
возникновения
радуги:
1.Только в стороне,
противоположной
солнцу.
2. Когда солнце
освещает завесу
дождя.
3. Угловая высота
солнца над
горизонтом не
превышает 42°.

6. Гало

Солнечное гало
Лунное гало
Если Солнце или Луна
просвечивает через тонкие
перисто-слоистые облака,
состоящие из ледяных
кристаллов, на небе часто
появляются световые явления,
называемые гало.

7.

Томас Юнг
Теория цветоощущения Ломоносова-Юнга:
Все цвета делятся на 2 группы: ахроматические (белый,
серый, чёрный) и хроматический (все тона и оттенки
цветного спектра)
Ахроматические характеризуются только яростью и
светосилой.
Хроматические: цветовой тон (зависит от λ),
насыщенность (доля основного тона и примесей) и яркость
или светосила (степень близости к цвету)
В зрительном анализаторе допускается существование 3х видов цветоощущающих компонентов, реагирующих
на свет разной длины волны (кр и ор – наибольшая λ; ж
и зел – средняя λ; син, гол, фиол – наименьшая λ)
Красный + Зеленый + Голубой =Белый свет

8. Интерференция

- это явление наложения двух и более когерентных световых волн,
в результате которого наблюдается усиление или ослабление
результирующих световых колебаний в различных точках
пространства, т. е. возникает интерференционная картина.
Принцип суперпозиции волн:
-точка, в которой
«встретились» две волны,
участвует в двух колебаниях.
-результирующее смещение
точки от положения
равновесия равно сумме
смещений, вызываемых каждой
волной в отдельности
Интерференция присуща волнам любой природы.
Интерферируют только когерентные волны.
Когерентные волны - это волны, имеющие одинаковую частоту
и постоянную во времени разность фаз.

9. Интерференция света

Интерференционные максимумы
(свет): амплитуда результирующего
колебания максимальна, если
разность хода равна целому числу
длин волн : ∆ = k·λ
где k = 0,±1,± 2,±3…-порядок максимума,
∆ - разность хода интерферирующих волн,
λ – длина волны.
Интерференционные минимумы:
амплитуда результирующего
колебания равна нулю, если разность
хода равна нечётному числу длин
Результат сложения волн полуволн:
зависит от разности фаз
складывающихся колебаний!

10. Интерференция от двух когерентных источников

Положение темной
полосы с номером k
Положение светлой
полосы с номером k
Расстояние Δx между соседними
светлыми (темными) полосами на экране
(ширина интерференционной полосы):
λ(м) – длина волны;
d(м) – расстояние между источниками света;
L(м) – расстояние от источника до экрана.

11. Кольца Ньютона

- это интерференционная картина окружностей равной
толщины, возникающая между плосковыпуклой
линзой и стеклом в прослойке воздуха.
Радиус светлых колец Ньютона в
отражённом свете, или тёмных колец в
проходящем свете:
Радиус темных колец Ньютона
в отраженном свете или светлых
колец в проходящем свете:

12. Интерференция в тонких пленках

13. Дифракция

- это отклонение от прямолинейного распространения волн,
огибание волнами препятствия.
Формула дифракционной
решётки (условие max):
dSinφ = kλ
k = 1,2,3 … - порядок максимума

14.

Дифракция
Между максимумами в дифракционной картине расположены
минимумы освещённости.
Чем больше число щелей, тем более резко очерчены максимумы и тем
более широкими минимумами они разделены.
Если на препятствии укладывается целое число длин волн, то они
гасят друг друга и в данной точке наблюдается минимум (темное
пятно).
Если нечетное число полуволн, то наблюдается максимум
(светлое пятно).

15. Поляризация

- процесс ориентации колебаний вектора напряжённости (Е)
световой волны в определённом направлении.
Поляроид – устройство для получения поляризованного света.
Исландский
шпат (кальцит)
Естественный свет
Частично поляризованный
(неполяризованный) – свет – свет в котором
свет, в котором вектор наблюдается
Е распространяется во преимущественное
всех направлениях
направление вектора Е.
относительно оси
распространения.
Плоскополяризованный свет –
свет, в котором вектор
Е колеблется в
определённой
плоскости.

16.

Электроны могут перемещаться вдоль молекул поляроида, как вдоль
проводников, и не могут поперёк.
Ось пропускания – это направление в поляроиде, перпендикулярное длинным
осям молекул, при прохождении через которое волна остаётся
плоскополяризованной
Поляризатор – устройство,
выделяющее из естественного
света, световые волны, с
колебаниями вектора
напряжённости только в одной
плоскости.
Анализатор – устройство,
позволяющее определить
положение плоскости
световых колебаний
(плоскости поляризации).

17. Закон Малюса:

строго выполняется только для идеальных поляроидов – поляризатора
и анализатора.

18. Поляризация при отражении:

Степень поляризации зависит от угла падения
световых лучей, при некотором угле падения (угол
Брюстера) отражённый луч полностью поляризуется.
Закон Брюстера: тангенс угла падения, при котором
отражённый свет полностью поляризован, равен
относительному показателю преломления сред.
При падении света на диэлектрик под углом Брюстера
отражённый и преломлённый лучи взаимно перпендикулярны.
Преломлённый луч при угле Брюстера будет частично
поляризован, но с максимальной степенью поляризации.

19.

20.

Решение задач:
В опыте Юнга два когерентных источника S1 и S2 расположены на расстоянии d =1мм друг
от друга. На расстоянии L=1м от источника помещается экран. Найдите расстояние между
соседними интерференционными полосами вблизи середины экрана (точка А), если
источники посылают свет длины волны λ=600нм
Дано:
L=1м
d =1мм = 1·10 ‾³ м
λ=600нм = 60·10 ‾¹° м
Найти:
∆y-?
Решение.

21.

Решение задач:
Спектр получен с помощью дифракционной решётки с периодом 22мкм.
Дифракционное изображение второго порядка находится на расстоянии
5см от центрального максимума и на расстоянии 1 м от решётки.
Определите длину световой волны. Наблюдение ведётся без линзы.
Дано:
d = 22мкм =0,022·10ˉ³м
k =2
L = 1м
x = 5см = 0,05м
Найти:
λ-?

22.

Решение задач:
1. Степень поляризации
частично поляризованного
света 0,25. Найти
отношение интенсивности
поляризованной
составляющей этого света к
интенсивности
естественной
составляющей.
2. Пучок естественного света
падает на систему из 6
поляризаторов, плоскость
пропускания каждого из
которых повёрнута на 30˚
относительно плоскости
пропускания предыдущего
поляризатора. Какая часть
светового потока проходит
через эту систему?
Дано:
Р=0,25
Найти:
к-?
Дано
φ= 30˚
Найти:
k-?

23.

Домашнее задание:
1. Луч красного света от лазера длиной волны 0,6мкм падает
перпендикулярно на дифракционную решетку, постоянная которой
d=1,2мкм. Дифракционные максимумы первого порядка (к=1)
наблюдаются в точках 1 и 2, которые расположены симметрично
относительно точки О. Под каким углом идут лучи в точки 1 и 2.
2. Два когерентных источника света находятся в скипидаре. Геометрическая разность хода
испускаемых ими лучей в точке А, где наблюдается третий интерференционный максимум
равна 0,6мкм. Определите длину волны, испускаемую этими источниками в вакууме.
3. Естественный свет падает на диэлектрик под углом полной поляризации αБр=570.
Определите показатель преломления диэлектрика.
4. Определите, под каким углом к горизонту находится Солнце, если его лучи, отражённые
от поверхности озера, максимально поляризованы.
Самостоятельная работа
•На дифракционную решетку с периодом 14мкм падает нормально монохроматическая
световая волна. При этом расстояние на экране между максимумами второго и третьего
порядка равно 8,7см. Какова длина волны падающего света. Если расстояние от решётки до
экрана 2м?
•Вода освещена красным светом с длиной волны 728нм. 1) Какова длина волны этого света в
воде? 2) Какой цвет увидит человек, открывший глаза в воде? Два когерентных световых
пучка достигают некоторой точки с разностью хода 2мкм. Что произойдёт в этой точке:
усиление или ослабление света, если свет: 1) красного цвета (760нм); 2) жёлтого цвета
(600нм); 3) фиолетового цвета (400нм).