Волновая оптика Скачать
презентацию
<<  Свет и цвет Волновая оптика  >>
Волновая оптика
Волновая оптика
Волновая оптика –это раздел оптики, в котором изучается круг явлений с
Волновая оптика –это раздел оптики, в котором изучается круг явлений с
световым вектором
световым вектором
- Её фазовая
- Её фазовая
Заметим, что
Заметим, что
В среде, в которой фазовая скорость волны
В среде, в которой фазовая скорость волны
нениями световой энергии
нениями световой энергии
Интерференция света – это явление усиления или ослабления света в
Интерференция света – это явление усиления или ослабления света в
Можно, однако, условиться за меру интенсивно-сти света принимать
Можно, однако, условиться за меру интенсивно-сти света принимать
Оптики об аддитивности сложения интенсивностей световых пучков
Оптики об аддитивности сложения интенсивностей световых пучков
И, следовательно,
И, следовательно,
Таким образом, в случае, если:
Таким образом, в случае, если:
Два метода получения КСВ: деление фронта световой волны; 2) деление
Два метода получения КСВ: деление фронта световой волны; 2) деление
Световая волна
Световая волна
Рис
Рис
Пусть точечный источник S возбуждает световую волну
Пусть точечный источник S возбуждает световую волну
Здесь - геометрическая разность хода
Здесь - геометрическая разность хода
Выразим из (15) оптическую разность хода через разность фаз
Выразим из (15) оптическую разность хода через разность фаз
На рис
На рис
В опыте Юнга d << l, поэтому r1+ r2
В опыте Юнга d << l, поэтому r1+ r2
<<
<<
Рис
Рис
Рис
Рис
Ширина интерференционной полосы
Ширина интерференционной полосы
Пусть пластинка с пока- pателем преломления n находится в воздухе
Пусть пластинка с пока- pателем преломления n находится в воздухе
Из геометрических соображений находим AB и DC
Из геометрических соображений находим AB и DC
(24)
(24)
При освещении пластинки белым светом и при выполнении условия усиления
При освещении пластинки белым светом и при выполнении условия усиления
чередующихся тёмных и светлых круговых полос с общим центром в точке О
чередующихся тёмных и светлых круговых полос с общим центром в точке О
Если, однако, пластинка (плёнка) не плоскопарал-лельна, если её
Если, однако, пластинка (плёнка) не плоскопарал-лельна, если её
Каждая такая полоса соответствует местам одинаковой толщины кли-на
Каждая такая полоса соответствует местам одинаковой толщины кли-на
Из этого же рисунка следует, что
Из этого же рисунка следует, что
При k = 0 В центре интерфкренционной картины (в месте соприкосновения
При k = 0 В центре интерфкренционной картины (в месте соприкосновения
Световая волна
Световая волна
Рис
Рис
Бипризма Френеля
Бипризма Френеля
Рис
Рис
Для наблюдения интерференции необходимо перекрытие волновых цугов
Для наблюдения интерференции необходимо перекрытие волновых цугов
(С – скорость света в вакуме)
(С – скорость света в вакуме)
Конец лекци по данной теме
Конец лекци по данной теме
Слайды из презентации «Световая волна» к уроку физики на тему «Волновая оптика»

Автор: Вова. Чтобы увеличить слайд, нажмите на его эскиз. Чтобы использовать презентацию на уроке, скачайте файл «Световая волна.ppt» бесплатно в zip-архиве размером 1366 КБ.

Скачать презентацию

Световая волна

содержание презентации «Световая волна.ppt»
СлайдТекст
1 Волновая оптика

Волновая оптика

Световая волна. Интенсивность света Интерференция света Получение когерентных световых волн Опыт Юнга Интерференция света в тонкой плоскопарал-лельной пластинке (плёнке) Полосы равной толщины и равного наклона Кольца Ньютона Условия наблюдения интерференции в тонких плёнках Практические приложения интерференции

2 Волновая оптика –это раздел оптики, в котором изучается круг явлений с

Волновая оптика –это раздел оптики, в котором изучается круг явлений с

точки зрения волновой природы све-та. Максвелл (1831 – 1879), обобщая законы электромагнетизма, пришел к выводу об электромагнитной природе света. В электромагнитной волне колеблются векторы и . Фзиологические, фотохими-ческие, фотоэлектрические и другие действия света вызываются колебаниями электрического вектора . В дальнейшем мы будем называть его.

1. Световая волна. Интенсивность света

3 световым вектором

световым вектором

Изменение его модуля во времени и пространстве представляет волновой процесс и описывается с электромагнитной точки зрения уравнением:

(1)

Или

(2)

В (1) и (2)

- Расстояние, отсчитываемое вдоль

Направления распространения световой волны.

4 - Её фазовая

- Её фазовая

- Длина световой волны,

Скорость.

(3)

Отношение

Называется абсолютным показателем преломления среды.

Так как, согласно электромагнитной теории Максвелла

То

Для большинства прозрачных веществ

Практически не отличается от единицы, поэтому

(4)

5 Заметим, что

Заметим, что

Получено на основе измерений,

выполненных в быстропротекающих электриче-ских полях, т.е зависит от частоты. Следова-тельно, и показатель преломления зависит от частоты, т.е. - дисперсия света.

Диапазон видимой области спектра определяется физиологической чувствительностью глаза и нахо-дится в пределах длин волн ~ 390 ? 760 нм. Эти значения относятся к световым волнам в вакууме. В веществе длины волн будут иными. В случае колебаний частоты

В вакууме:

(5)

6 В среде, в которой фазовая скорость волны

В среде, в которой фазовая скорость волны

Длина волны имеет значение

(6)

Таким образом, длина световой волны в среде с показателем преломления связана с длиной волны в вакууме соотношением:

(7)

Диапазон частот видимой области спектра лежит в пределах (4 ? 7,5)·1014 Гц. Это огромная частота. Ни глаз, ни какой-либо приемник световой энергии не могут уследить за столь частыми изме-

7 нениями световой энергии

нениями световой энергии

Они регистрируют усредненный поток энергии.скольку световая волна имеет электромагнитную природу, то как мы уже показали ранее:

Получаем:

Или, учтя что

(8)

~

В изотропной среде показатель преломления одинаков по всем направлениям. Поэтому

~

8 Интерференция света – это явление усиления или ослабления света в

Интерференция света – это явление усиления или ослабления света в

результате сложения когерентных световых волн. Когерентные волны – это волны, имеющие: 1) одинаковую частоту; 2) постоянную во времени в данной точке пространства разность фаз. При сложении в некоторой точке пространства когерентных волн амплитуда результирующего колнебания находится в результате геометриче- ского сложения амплитуд исходных колебаний:

(9)

2. Интерференция света

9 Можно, однако, условиться за меру интенсивно-сти света принимать

Можно, однако, условиться за меру интенсивно-сти света принимать

квадрат амплитуды светового вектора т.е.:

Тогда (9) можно записать в виде:

(10)

Если разность фаз , то колебания когерентны и величина

И, следовательно,

Т.Е. Имеет место нарушение закона геометрической

10 Оптики об аддитивности сложения интенсивностей световых пучков

Оптики об аддитивности сложения интенсивностей световых пучков

Если в (9) то

И тогда

Тогда

Пусть

(11)

Или

Если в (9)

И тогда

То

Тогда

Пусть

11 И, следовательно,

И, следовательно,

(12)

Таким образом, в результате сложения когерентных световых волн интенсивность света меняется в пределах

(13)

В случае некогерентных световых волн

<

>

= 0

И, следовательно, в этом случае наблюдается аддитивное усиление света, т.Е.

B b

12 Таким образом, в случае, если:

Таким образом, в случае, если:

Усиление света;

Ослабление света.

13 Два метода получения КСВ: деление фронта световой волны; 2) деление

Два метода получения КСВ: деление фронта световой волны; 2) деление

амплитуды световой волны.

После деления фронта или амплитуды световой волны возникшие КСВ до их встречи в некоторой точке наблюдения Р проходят разные пути и, возможно, в средах с различными показателями преломления.

3. Получение когерентных световых волн

Рис. 1.

14
15 Рис

Рис

2. Принцип Гюйгенса-Френеля ? каждый элемент волновой поверхности dS служит источником вторичной сферической волны и эти источники когерентны.

16 Пусть точечный источник S возбуждает световую волну

Пусть точечный источник S возбуждает световую волну

Её фронт – поверхность сферы. Колебания от когерентных источников ?S1 и ?S2 достигают точки Р и складываются.

Разность фаз

(14)

Рис. 3.

17 Здесь - геометрическая разность хода

Здесь - геометрическая разность хода

Если световые волны от когерентных источни-ков ?S1 и ?S2 распространяются в средах с различ-ными показателями преломления, то разность фаз

Где

Учтя это, имеем:

(15)

Величина

Называется оптиче-

Ской разностью хода. - Длина световой волны в вакуме.

18 Выразим из (15) оптическую разность хода через разность фаз

Выразим из (15) оптическую разность хода через разность фаз

(16)

Тогда условия усиления и ослабления света при интерференции можно представить в виде:

(17)

(18)

19 На рис

На рис

2 S1 и S2 - когерент-ные источники света, Э – экран, d – расстояние между щелями, x – координата интерференци-онного максимума или миниму-ма, r1 и r2 – оптические пути.

световых волн, приходящих в точку Р.

Применяя к треугольникам PMS2 и PNS1 теоре-му Пифагора и пренебрегая членами второго по-рядка малости , находим, что:

(19)

4. Опыт Юнга

Рис. 4.

20 В опыте Юнга d << l, поэтому r1+ r2

В опыте Юнга d << l, поэтому r1+ r2

2l. Учитывая также, что - оптическая раз- ность хода, уравнение (19) представим в виде:

Откуда координата x интерференционной полосы

(20)

Подставляя выражение для из (17) или (18) по-

Лучим координаты интерференционного максиму-ма или минимума.

(21)

21 <<

<<

Таким образом, в случае монохроматического све-та на экране возникает интерференционная карти-на, представляющая систему темных и светлых по-

лос. В случае белого света интерференци-онные полосы име-ют радужную окрас-ку. Сравните рассто-яния и . Они очень разные:

Рис. 5.

22 Рис

Рис

6. Схема интерференционного опыта Юнга.

23 Рис

Рис

7. К определению ширины интерференционных полос в опыте Юнга.

24 Ширина интерференционной полосы

Ширина интерференционной полосы

Или

В любом случае, с учетом выражений (21)

(22)

25 Пусть пластинка с пока- pателем преломления n находится в воздухе

Пусть пластинка с пока- pателем преломления n находится в воздухе

До встречи в точке С лучи S1 и S2 проходят разные оптические пути в раз-.

ных средах. Оптическая разность хода S1 и S2

(23)

- учитывает потерю полуволны при отражении луча S2 в точке С.

5. Интерференция света в тонкой плоскопарал- лельной пластинке (плёнке)

Рис. 8.

26 Из геометрических соображений находим AB и DC

Из геометрических соображений находим AB и DC

И подставляем в формулу (23). Получаем:

(24)

Избавимся от угла ?:

Подставляя значения функций угла ? в формулу (24) и выполняя необходимые действия, получаем:

27 (24)

(24)

Формула (24) представляет оптическую разность хода световых волн в отражённом свете.

При освещении пластинки монохроматическим светом и выполнения условия усиления пластинка представляется глазу, при рассмотрении её под углом ?, окрашенной в данный монохроматиче-ский свет. При выполнении условия ослабления пластинка представляется глазу темной.

28 При освещении пластинки белым светом и при выполнении условия усиления

При освещении пластинки белым светом и при выполнении условия усиления

пластинка пред-ставляется глазу окрашенной в последовательные спектральные цвета, если угол ?, под которым эта пластинка рассматривается, постепенно изменяет-ся. Если на плоскопараллельную пластинку падает свет под различными углами (напр., рассеянный свет или свет от точечного источника), то интерфе-ренционная картина в этом случае будет иметь вид.

6. Полосы равной толщины и равного наклона

29 чередующихся тёмных и светлых круговых полос с общим центром в точке О

чередующихся тёмных и светлых круговых полос с общим центром в точке О

Каждая из этих полос образована лучами, падающими на пластинку под.

одним и тем же углом. С помощью собирающей линзы эти круговые полосы могут быть спроеци-рованы на экран. Они называются полосами рав-ного наклона и локализованы в бесконечности.

Рис. 9.

30 Если, однако, пластинка (плёнка) не плоскопарал-лельна, если её

Если, однако, пластинка (плёнка) не плоскопарал-лельна, если её

толщина в различных местах разная, то и условия интерференции в этимх местах различны. Геометрическое место точек , в которых условие интерференции одинаково, соответствует местам, в которых пластинка имеет одинаковую толщину. Например, пленка в виде.

клина. При отражении (прохождении) света от такой плёнки интерференционная картина будет иметь вид чередующихся светлых и темных полос.

Рис. 10.

31 Каждая такая полоса соответствует местам одинаковой толщины кли-на

Каждая такая полоса соответствует местам одинаковой толщины кли-на

Эти интерференционные поло-сы называют полосами равной тол-щины. Типичным примером полос рав-ной толщины являются кольца Ньютона. Найдём оптическую разность.

хода , при которой возникает k-е кольцо Ньюто- тона. Из рис. 10 следует, что

(25)

(24)

Рис. 11.

32 Из этого же рисунка следует, что

Из этого же рисунка следует, что

Подставляя в (25), получаем:

(26)

Радиусы светлых колец Ньютона:

?

(27)

Радиусы темных колец Ньютона:

?

(28)

33 При k = 0 В центре интерфкренционной картины (в месте соприкосновения

При k = 0 В центре интерфкренционной картины (в месте соприкосновения

линзы с плас-тиной) темное пятно. Но это в отраженном свете.

Среди других методов наблюдения интерферен-ции приведем следующие:

Рис. 12.

34
35 Рис

Рис

13. Зеркала Френеля.

36 Бипризма Френеля

Бипризма Френеля

37 Рис

Рис

14. Бипризма Френеля.

38 Для наблюдения интерференции необходимо перекрытие волновых цугов

Для наблюдения интерференции необходимо перекрытие волновых цугов

Цуги при выходе волн из точек А и В должны перекрываться. Необходимо, чтобы время запаздывания второго цуга по отно-.

шению к первому не превышало времени ?ког, назы-ваемого временем когерентности. ?ког = 10-8 с (вре-мя жизни атома в возбуждённом состоянии). Необходимо так же, чтобы оптическая разность хода была меньше, чем длина когерентности lког.

7. Условия наблюдения интерференции в тонких плёнках

Рис. 15.

39 (С – скорость света в вакуме)

(С – скорость света в вакуме)

(Полная интерференция)

(Частичная интерференция)

(Отсутствие интерференции)

Возможно, что для наблюдается минимум, а для - максимум, т.е.

Рис. 16.

Рис. 17.

40 Конец лекци по данной теме

Конец лекци по данной теме

При ?1 = 560 нм и ?2 = 570 нм

При ? = 0? d ~ 10-5 м = 0,01 мм.

Реально d на 2 ? 3 порядка меньше.

«Световая волна»
http://900igr.net/prezentatsii/fizika/Svetovaja-volna/Svetovaja-volna.html
cсылка на страницу
Урок

Физика

133 темы
Слайды
Презентация: Световая волна.ppt | Тема: Волновая оптика | Урок: Физика | Вид: Слайды