Физика колебаний и волн. Квантовая физика. Лекция № 4

Август 20, 2022

Главная
Физика
Физика колебаний и волн. Квантовая физика. Лекция № 4

Содержание

2. Лекция № 4 Интерференция волн. 1. Условия интерференции волн. 2. Классические интерференцион- ные опыты. 3. Интерференция
3. Интерференция волн (от лат. inter – взаимно, между собой и ferio – ударяю, поражаю) – пространственное
4. Интерференция поверхностных волн от двух точечных синфазных источников. В точках, для которых r2 - r1 =
5. Расстояние от источника до стенки r кратно целому числу полуволн, исходная круговая волна интерферирует с волной,
6. Электромагнитная волна
7. В электромагнитной волне происходят колебания полей, а не вещества, как в случае волн на воде или
8. Г. Герц установил полную аналогию электромагнитных и световых волн и показал, что для электромагнитных волн справедлив
9. Оптический диапазон длин волн λ ограничен с одной стороны рентгеновскими лучами, а с другой – микроволновым
10. Интерференция наблюдается в результате наложения когерентных волн линейно поляризованных в одной плоскости. При этом происходит либо
11. Естественный свет – неполяризованный: Линейная поляризация: Электромагнитная волна в этом случае называется полностью поляризованной. Свет с
12. Линейно поляризованная электромагнитная волна и волна круговой поляризации.
13. Линейно поляризованный свет: Устройства, позволяющие получать линейно поляризованный свет из естественного, называют линейными поляризаторами: свободно пропускают
14. После прохождения поляризатора свет будет линейно поляризован в направлении Интенсивность света, при этом, уменьшится на половину.
15. Закон Малюса В 1809 г. французский инженер Э. Малюс получил:
16. Прохождение линейно поляризованного света He-Ne лазера через вращающийся поляроид: Когда направление выделенной оси поляроида совпадает с
17. Поляризация при отражении и преломлении Свет поляризуется при отражении от границы двух сред и при прохождении
18. то отраженный луч оказывается полностью линейно поляризованным. Преломленный луч – поляризован частично. Угол α – называется
19. Классические интерференционные опыты Для получения когерентных волн используется метод разделения света, идущего от источника, на два
20. Параллельный пучок света падает на экран с небольшим отверстием. Пройдя через отверстие, свет доходит до второго
21. Главный максимум, соответствующий проходит через точку О. Вверх и вниз от него располагаются максимумы (минимумы) первого
23. 2. Зеркала Френеля ( Бизеркала Френеля) ) )
24. 3. Бипризма Френеля
25. 4. Билинза Бийе
26. Интерференция двух монохроматических сферических волн Принципиальная схема установок, в которых свет от источни- ка S расщепляется
27. Определим положение интерференционных максимумов на экране. Пусть максимум находится в точке А. Тогда оптическая разность хода
28. Определим положение интерференционных минимумов на экране. Пусть минимум находится в точке А. Тогда оптическая разность хода
29. Интерференция световых волн Волновые свойства света наиболее отчетливо обнаруживают себя в интерференции и дифракции. Пусть две
30. В случае когерентных волн Последнее слагаемое в этом выражении -интерференционный член. в минимуме , интенсивность в
31. Интенсивность результирующей волны от двух точечных источников в точке наблюдения А будет ( при I1 =
32. Интерференционные полосы равного наклона Интерференция в тонких пленках Оптическая разность хода с учетом потери полуволны:
33. - max интерференции - min интерференции
34. Полосы равной толщины В белом свете интерференционные полосы, при отражении от тонких пленок - окрашены. Поэтому
35. Опыты с мыльной пленкой
36. Изменение картины интерференции по мере уменьшения толщины мыльной пленки
37. Для наблюдения интерференционных полос равного наклона вместо плоскопараллельной пластинки можно использовать интерферометр Майкельсона :
38. Кольца Ньютона Кольцевые полосы равной толщины, наблюдаемые в воздушном зазоре между соприкасающимися выпуклой сферической поверхностью линзы
40. Кольца Ньютона - Радиус m-го темного кольца Радиус m-го светлого кольца
41. Применение интерференции света 1. Тот факт, что расположение интерференционных полос зависит от длины волны и разности
42. 2. По интерференционной картине можно выявлять и измерять неоднородности среды (в т.ч. фазовые), в которой распространяются
43. 3. Явление интерференции волн, рассеянных от некоторого объекта (или прошедших через него), с «опорной» волной лежит
44. Голографический негатив, освещенный монохроматическим светом, дает полное трехмерное изображение, парящее в пространстве. Способ получения голограммы. На
47. ЛЕКЦИЯ ЗАКОНЧЕНА!
49. Скачать презентацию

Слайд 2

Лекция № 4
Интерференция волн.
1. Условия интерференции волн.
2.

Классические интерференцион- ные опыты.
3. Интерференция сферических волн.

Слайд 3

Интерференция волн (от лат. inter – взаимно, между собой и

ferio – ударяю, поражаю) – пространственное перераспределение энергии волн при наложении двух или нескольких волн. Интерференция волн – одно из основных свойств волн любой природы (упругих, электромагнитных, в т.ч. световых и др.). Такие характерные волновые явления, как излучение, распространение и дифракция, тоже связаны с интерференцией.

Слайд 4

Интерференция поверхностных волн от двух точечных синфазных источников.
В точках, для которых

r2 - r1 = λ (m + ½), поверхность жидкости не колеблется (узловые точки (линии))

Круговая волна на поверхности жидкости, возбуждаемая точечным источником (гармонически колеблющимся шариком).

Слайд 5

Расстояние от источника до стенки r кратно целому числу полуволн, исходная

круговая волна интерферирует с волной, отражённой от стенки, поэтому справа от источника на оси соединяющей фиктивный и реальный источник разность хода будет кратна целому числу волн, и круговая волна накладывается в фазе с волной, отражённой от стенки, увеличивая высоту гребней в интерференционной картине

Слайд 6

Электромагнитная волна

Слайд 7

В электромагнитной волне происходят колебания полей, а не вещества, как в

случае волн на воде или в натянутом шнуре. Электромагнитные волны пред-ставляют собой поперечные волны.

Слайд 8

Г. Герц установил полную аналогию электромагнитных и световых волн и

показал, что для электромагнитных волн справедлив закон отражения и преломления

Слайд 9

Оптический диапазон длин волн λ ограничен с одной стороны рентгеновскими лучами,

а с другой – микроволновым диапазоном радиоизлучения. Видимый свет (в вакууме): λ = [ 400 нм (фиолетовый) − 760 нм (красный)]

Слайд 10

Интерференция наблюдается в результате наложения когерентных волн линейно поляризованных в одной

плоскости. При этом происходит либо ослабление, либо усиление интенсивности света в зависимости от соотношения фаз складываемых волн.
Условия интерференции света:
1. Когерентность волн , т. е. у этих волн разность фаз не зависит от времени ( сохраняется за время наблюдения). Этому условию удовлетворяют монохроматические электромагнитные волны, частоты которых одинаковы.
2. Волны должны быть линейно поляризованы в одной
плоскости.

Слайд 11

Естественный свет – неполяризованный:
Линейная поляризация:
Электромагнитная волна в этом случае называется полностью

поляризованной.

Свет с преимущественным направлением колебаний вектора называют частично поляризованным светом:

Слайд 12

Линейно поляризованная электромагнитная волна и
волна круговой поляризации.

Слайд 13

Линейно поляризованный свет:
Устройства, позволяющие получать линейно поляризованный свет из

естественного, называют линейными поляризаторами:
свободно пропускают колебания, параллельные плоскости поляризатора,
полностью или частично задерживают колебания перпендикулярные к его плоскости.

После прохождения поляризатора свет будет линейно поляризован в направлении ОО’.

Слайд 14

После прохождения поляризатора свет будет линейно поляризован в направлении
Интенсивность

света, при этом, уменьшится на половину.

Если на пути луча поставить второй кристалл – анализатор A, то интенсивность света будет изменяться в зависимости от того, как ориентированы друг относительно друга обе пластины.

Слайд 15

Закон Малюса
В 1809 г. французский инженер Э. Малюс получил:

Слайд 16

Прохождение линейно поляризованного света He-Ne лазера через вращающийся поляроид:
Когда

направление выделенной оси поляроида совпадает с направлением поляризации падающего света, на экране за поляроидом видно пятно с максимальной интенсивностью.
Когда эти направления перпендикулярны, свет полностью поглощается поляроидом, и световое пятно на экране отсутствует.

Слайд 17

Поляризация при отражении и
преломлении

Свет поляризуется при отражении от границы двух

сред и при прохождении границы – при преломлении.

В отраженном луче преобладают колебания, перпендикулярные плоскости падения, а в преломленном луче – колебания параллельные плоскости падения.

Слайд 18

то отраженный луч оказывается полностью линейно поляризованным.
Преломленный луч

– поляризован частично.
Угол α – называется углом Брюстера .

Если луч падает на границу двух сред под углом α,

удовлетворяющему условию

Степень поляризации зависит от угла падения:

Слайд 19

Классические интерференционные опыты
Для получения когерентных волн используется метод разделения света,

идущего от источника, на два или несколько пучков с помощью щелей, зеркал преломления и т.д.

Расстояние l от щелей, причем

1. Опыт Юнга

Слайд 20

Параллельный пучок света падает на экран с небольшим отверстием. Пройдя

через отверстие, свет доходит до второго экрана, в котором проделаны две щели. Когерентные пучки, излучаемые каждой из щелей, интерферируют на третьем экране.

Классический интерференционный опыт Юнга

Слайд 21

Главный максимум, соответствующий
проходит через точку О. Вверх и вниз от

него располагаются максимумы (минимумы) первого

(

второго (

) порядков, и т. д.

Слайд 22

Слайд 23

2. Зеркала Френеля ( Бизеркала Френеля) ) )

Слайд 24

3. Бипризма Френеля

Слайд 25

4. Билинза Бийе

Слайд 26

Интерференция двух монохроматических сферических волн
Принципиальная схема установок, в которых свет от

источни-
ка S расщепляется на две когерентные волны с помощью зеркал, призм, линз и т.п. S1 и S 2 - точечные источники когерентных волн ( действительные или мнимые).

В опыте Юнга источниками когерентных волн являются два отверстия (щели) в непрозрачном экране, на которые падает свет от одного источника. Расстояние между отверстиями d не может быть большим иначе нарушится условие когерентности волн.

Слайд 27

Определим положение интерференционных максимумов на экране. Пусть максимум находится в точке

А. Тогда оптическая разность хода между лучами S1A и S2A должна быть равна целому числу длин волн.

S1B – дуга окружности с центром в точке А.

L >> d, поэтому можно считать, что S1B не только дуга окружности с центром в точке А, но одновременно и хорда и касательная к этой окружности. Следовательно, S1B перпендикулярна S2A.

Из треугольника S2S1B

Слайд 28

Определим положение интерференционных минимумов на экране. Пусть минимум находится в точке

А. Тогда оптическая разность хода между лучами S1A и S2A должна быть равна нечётному числу длин полуволн.

Итак, условия наблюдения интерференционных максимумов и минимумов в опыте Юнга:

Слайд 29

Интерференция световых волн
Волновые свойства света наиболее отчетливо обнаруживают себя

в интерференции и дифракции.

Пусть две волны одинаковой частоты, накладываясь друг на друга, возбуждают в некоторой точке пространства колебания одинакового направления:

Слайд 30

В случае когерентных волн
Последнее слагаемое в этом выражении
-интерференционный член.

в минимуме

, интенсивность

в максимуме

Интенсивность световой волны I равна квадрату амплитуды А. Тогда суммарная интенсивность:

Слайд 31

Интенсивность результирующей волны от двух точечных источников в точке наблюдения А

будет ( при I1 = I2 = I0 ):

и источники синфазны, то

т.к.

Слайд 32

Интерференционные полосы равного наклона
Интерференция в тонких пленках
Оптическая
разность хода
с учетом

потери
полуволны:

Слайд 33

- max интерференции
- min интерференции

Слайд 34

Полосы равной толщины
В белом свете интерференционные полосы, при отражении от

тонких пленок - окрашены. Поэтому такое явление называют цвета тонких пленок. Его легко наблюдать на мыльных пузырях, на тонких пленках масла или бензина, плавающих на поверхности воды, на пленках окислов, возникающих на поверхности металлов при закалке, и т.п.

Слайд 35

Опыты с мыльной пленкой

Слайд 36

Изменение картины интерференции по мере уменьшения толщины мыльной пленки

Слайд 37

Для наблюдения интерференционных полос равного наклона вместо плоскопараллельной пластинки можно

использовать интерферометр Майкельсона :

Слайд 38

Кольца
Ньютона
Кольцевые полосы равной толщины, наблюдаемые в воздушном зазоре
между соприкасающимися

выпуклой сферической поверхностью линзы малой кривизны и плоской поверхностью стекла, называют кольцами Ньютона.

Слайд 39

Слайд 40

Кольца Ньютона
- Радиус m-го темного кольца
Радиус m-го
светлого кольца

Слайд 41

Применение интерференции света
1. Тот факт, что расположение интерференционных полос

зависит от длины волны и разности хода лучей, позволяет по виду интерференционной картины (или их смещению) проводить точные измерения расстояний при известной длине волны или, наоборот, определять спектр интерферирующих волн (интерференционная спектроскопия).

Слайд 42

2. По интерференционной картине можно выявлять и измерять неоднородности среды (в

т.ч. фазовые), в которой распространяются волны, или отклонения формы поверхности от заданной.

Слайд 43

3. Явление интерференции волн, рассеянных от некоторого объекта (или прошедших через

него), с «опорной» волной лежит в основе голографии (в т.ч. оптической, акустической или СВЧ-голографии).

Слайд 44

Голографический негатив, освещенный монохроматическим светом, дает полное трехмерное изображение, парящее в

пространстве.

Способ получения голограммы.
На фотопленку попадают как отраженный от предмета лазерный свет, так и опорный пучок от зеркала

Слайд 45

Слайд 46

Слайд 47

Физика колебаний и волн. Квантовая физика. Лекция № 4

Содержание

Лекция № 4 Интерференция волн. 1. Условия интерференции волн. 2.

Интерференция волн (от лат. inter – взаимно, между собой и

Интерференция поверхностных волн от двух точечных синфазных источников.В точках, для которых

Расстояние от источника до стенки r кратно целому числу полуволн, исходная

Электромагнитная волна

В электромагнитной волне происходят колебания полей, а не вещества, как в

Г. Герц установил полную аналогию электромагнитных и световых волн и

Оптический диапазон длин волн λ ограничен с одной стороны рентгеновскими лучами,

Интерференция наблюдается в результате наложения когерентных волн линейно поляризованных в одной

Естественный свет – неполяризованный:Линейная поляризация:Электромагнитная волна в этом случае называется полностью

Линейно поляризованная электромагнитная волна и волна круговой поляризации.

Линейно поляризованный свет: Устройства, позволяющие получать линейно поляризованный свет из

После прохождения поляризатора свет будет линейно поляризован в направлении Интенсивность

Закон Малюса В 1809 г. французский инженер Э. Малюс получил:

Прохождение линейно поляризованного света He-Ne лазера через вращающийся поляроид: Когда

Поляризация при отражении ипреломлении Свет поляризуется при отражении от границы двух

то отраженный луч оказывается полностью линейно поляризованным. Преломленный луч

Классические интерференционные опыты Для получения когерентных волн используется метод разделения света,