Характеристики волн:
Длина волны λ - расстояние в направлении распространения волны между точками, колеблющимися в одной фазе
Скорость распространения волны V:
С помощью
анимации вывести формулу связи:
;
Интерференцией называется такое наложение двух и более волн, при котором возникает устойчивое чередование максимумов и минимумов амплитуды – интерференционная картина
Разобрать на примере анимации механизм образования максимума и минимума амплитуды.
Серия анимаций: круговая волна на поверхности воды
Круговая волна на поверхности жидкости, возбуждаемая точечным источником (гармонически колеблющимся шариком). Волна представляет собой набор концентрических окружностей, расходящихся во все стороны от источника.
Интерференция между двумя круговыми волнами от точечных источников, колеблющихся в фазе друг с другом. На поверхности жидкости образуются узловые линии, в которых колебание отсутствует. В общем случае местоположение узловых линий зависит от разницы фаз колеблющихся источников.
Интерференция круговой волны на поверхности жидкости с её отражением от стенки. Расстояние между точечным источником и стенкой кратно целому числу полуволн. При этом справа от источника круговая волна накладывается в фазе с волной, отражённой от стенки, увеличивая высоту гребней в интерференционной картине.
Интерференция круговой волны на поверхности жидкости с её отражением от стенки. Расстояние между точечным источником и стенкой кратно целому числу полуволн плюс четверть волны. При этом справа от источника круговая волна накладывается в противофазе с волной, отражённой от стенки. В результате мы видим, что в широкой полосе справа от источника колебания жидкости отсутствуют.
3. Электромагнитные волны
Объяснить на пальцах, как распространяется электромагнитная волна (есть замечательный рисунок – электрическое поле порождает магнитное, магнитное поле порождает электрическое и пошло-поехало…)
Электромагнитные волны. Открыты в 1888 г. Генрих Герц (1857-1894)
Свойства электромагнитных волн:
Электромагнитная волна поперечна – вектора электрического и магнитного поля перпендикулярны друг другу и направлению распространения
Вектора E и B обращаются в ноль и достигают максимума одновременно
Скорость распространения электромагнитных волн равна скорости света в вакууме 300000 км/с
Показать анимацию, демонстрирующую электромагнитную волну.
Излучение диполя.
В 1865 г. Максвелл, основываясь на выводах своей электромагнитной теории, высказал гипотезу, что свет – тоже не что иное как электромагнитная волна.
Шкала электромагнитных волн
|
Диапазон длин волн |
Название электромагнитных волн |
|
105÷10-4 м |
Радиоволны |
|
10-4÷10-6 м |
Инфракрасное излучение |
|
0,40 – 0,76 мкм (10-6 м) |
Видимый свет |
|
0,4·10-6÷10-8 м |
Ультрафиолетовое излучение |
|
10-8÷10-12 м |
Рентгеновское излучение |
|
<10-12 м |
Гамма-излучение |
4. Волновая оптика Эволюция представлений о природе света.
Пифагор VI в. до н.э. Предметы становятся видимыми благодаря частицам, испускаемым ими и попадающим в глаз наблюдателя
Декарт XVII в. Свет – это сжатие, распространяющееся в среде (эфире), заполняющей промежутки между частицами тел
Ньютон 1670 Свет имеет корпускулярную природу
Гюйгенс 1678 Попытался объяснить распространение, отражение и преломление света с точки зрения волновой теории
Френель, Юнг и др. 1802-1850 Опыты по дифракции и интерференции доказывают волновую природу света
Максвелл 1865 На основе своей теории электромагнитных явлений приходит к выводу, что свет – электромагнитная волна
Планк 1900 Свет испускается порциями – квантами
Интерференция света. По рисункам разобрать схему Юнга.
Демонстрация «Интерференция на мыльной плёнке»
Дифракция света – совокупность явлений, связанных с отклонением света от прямолинейного распространения. А именно: огибание волной препятствий и проникновение волн в область геометрической тени
Принцип Гюйгенса-Френеля: Каждый элемент волнового фронта можно рассматривать как центр вторичного возмущения, порождающего вторичные сферические волны, а результирующее световое поле в каждой точке пространства будет определяться интерференцией этих волн.
Продемонстрировать применение принципа Гюйгенса-Френеля для объяснения дифракции на щели. Анимация:
Дифракция круговой волны на узкой щели в стенке, установленной в кювете с жидкостью. Слева от стенки мы видим появление отражённой волны, а справа от стенки возникает новая круговая волна с меньшей амплитудой, что соответствует принципу Гюйгенса-Френеля.
На примере построений изучения разобрать дифракцию света на щели для различных случаев:
Геометрическая оптика
Дифракция Френеля
Дифракция Фраунгофера
Разобрать физтеховский пример распределения интенсивностей на фронте волны по мере продвижения света от щели к экрану.
Анимации: дифракция на одной щели, на двух щелях.
Дифракционная решётка.
Демонстрация «Дифракция света»
Отверстие
Нить, щель,
Дифракционная решётка
Дифракционная решётка как спектральный прибор
Отражательная дифракционная решётка (астрофизическая)
Компакт-диск как отражательная дифракционная решётка
Как увижу над пашнею радугу –
Атмосферы родимой явление,
Так подумаю: «Мать твою за ногу!»
И застыну в немом удивлении
Очарован внезапною прелестью
Ёлки, думаешь, где ж это, братцы, я?
И стоишь так с отвисшею челюстью.
А потом понимаешь – дифракция.
Игорь Иртеньев
Дисперсия – зависимость показателя преломления света от длины волны
Демонстрация «Дисперсия света» (скрещенные призмы)
Естественный и плоскополяризованный свет. Излучение света отдельными атомами. Цуг волн. Анимация «Поляризация света».
Демонстрация «Поляроидные плёнки» (Закон Малюса)
Демонстрация «Механическая модель поляризатора и анализатора»