Интерференция и дифракция механических волн презентации. Презентация на тему "Интерференция. Дифракция". и непрозрачных тел

Интерференция механических волн.Сложение волн
Что происходит со звуковыми волнами при
беседе нескольких человек, когда играет оркестр,
поет хор и т.д.?
Что мы наблюдаем, когда в воду одновременно
падают два камня
или капли?

Проследим это на механической модели

Мы наблюдаем
чередование
светлых и темных
полос.
Это означает, в что
любой точке
поверхности
колебания
складываются.

d1
d2
d
d1
d2
Амплитуда колебаний среды в данной точке максимальна, если разность
хода двух волн, возбуждающих колебания в этой точке равна целому
числу длин волн: Где k = 0,1,2…Минимальна если нечетному числу
полуволн.
d k
d (2k 1)
2

Интерференция.

Сложение в пространстве волн, при котором образуется
постоянное во времени распределение амплитуд
результирующих колебаний, называется интерференцией.

Когерентные волны.

Для образования устойчивой
интерференционной картины
необходимо, чтобы
источники волн имели
одинаковую частоту и
разность фаз их
колебаний была постоянной.
Источники, удовлетворяющие
этим условиям, называются
когерентными.

Интерференция света

Для получения устойчивой интерференционной
картины нужны согласованные волны. Они должны
иметь одинаковую длину волны и постоянную
разность фаз в любой точке пространства.

Интерференция в тонких пленках.

Томас Юнг первым объяснил
почему тонкие пленки
окрашены в разные цвета.
Интерференция световых
волн - сложение двух волн,
вследствие которого
наблюдается устойчивая
во времени картина усиления
или ослабления световых колебаний в различных точках
пространства.

Схема опыта Юнга

Наблюдение интерференции в лабораторных условиях

Интерференционные максимумы и минимумы

Интерференционные максимумы наблюдаются в
точках, для которых разность хода волн ∆d равна
четному числу полуволн, или, что то же самое, целому
числу волн:
d 2k k ,
2
(k 0,1,2,3,...)
Амплитуда колебаний среды в данной точке
минимальна, если разность хода двух волн, равна
нечётному числу полуволн:

Мыльные пузыри

Кольца Ньютона

Плоско выпуклая линза с
очень малой кривизной
лежит на стеклянной
пластинке. Если её
осветить
перпендикулярным
пучком однородных
лучей, то вокруг темного
центра появится система
светлых и темных
концентрических
окружностей.

Расстояние между
окрашенными кольцами
зависит от цвета; кольца
красного цвета отстоят друг
от друга дальше, чем
кольца голубые. Кольца
Ньютона можно также
наблюдать в проходящем
свете. Цвета в проходящем
свете являются
дополнительными к цветам
в отраженном свете.

Если поместить между
пластинкой и линзой
какую-нибудь жидкость, то
положение колец
изменится (ρ станет
меньше). Из отношения
обоих значений λ для
одного цвета (одинаковая
частота) можно определить
скорость света в жидкости.

Дифракция- отклонение от прямолинейного распространения волн.

Дифракция световых волн

Опыт Юнга

Теория Френеля.

Волновая поверхность в любой момент времени
представляет собой не просто огибающую вторичных волн, а
результат их интерференции.

Просмотр через капрон,
органзу
Круглое отверстие
Круглый экран

Дифракционная решёткаоптический прибор,
представляющий собой
совокупность большого
числа параллельных,
равноотстоящих друг от
друга штрихов
одинаковой формы,
нанесённых на плоскую
или вогнутую оптическую
поверхность.

Расстояние, через которое повторяются штрихи на решётке, называют периодом дифракционной решётки. Обозначают буквой d. Если

известно число штрихов (N), приходящихся на 1 мм
решётки, то период решётки находят по формуле: d = 1 / N мм.
Формула дифракционной решётки:
где
–
–
–
–
- угол
d - период решётки,
α - угол максимума
данного цвета,
k - порядок
максимума,
λ - длина волны.

• На поверхность стекла наносят тонкую пленку

Просветленная оптика

Отражение света для крайних участков спектра - красного и фиолетового - будет меньшим. Объектив имеет сиреневый оттенок.

• Отклонение направления распространения волн от прямолинейного у границы преграды (огибание волнами препятствий)
• Условие: размеры препятствия должны быть сравнимы с длиной волны

Опыт Гримальди

• В середине 17-го века итальянский ученый Франческа Мария Гримальди наблюдал странные тени от небольших предметов, помещенных в очень узкий пучок света. К удивлению ученого, эти тени не имели резких границ, а были почему-то окаймлены цветными полосами.

Условия наблюдения

• - размеры препятствия должны быть соизмеримы с длиной световой волны
• - расстояние от препятствия до точки наблюдения должно быть гораздо больше размеров препятствия

В результате дифракции накладываются световые волны, приходящие из разных точек (когерентные волны), и наблюдается интерференция волн

Дифракция проявляется в нарушении прямолинейности распространения света!

Принцип Гюйгенса Френеля

• Каждая точка волнового фронта является источником вторичных волн, причем все вторичные источники когерентны.

• Френель доказал прямолинейность распространения света и рассмотрел количественно дифракцию на различного рода препятствиях.

Особенности

дифракционной картины

Объяснение

Размеры изображения щели

больше размеров,

полученных путем

геометрических

построений

Вторичные волны заходят за

края щели

Особенности

дифракционной картины

Объяснение

В центре картины возникает

светлая полоса

Вторичные волны в

направлении,

перпендикулярном щели,

имеют одинаковую

фазу. Поэтому при их

наложении амплитуда

колебаний увеличивается

Особенности дифракционной

Объяснение

По краям картины - чередование

светлых и темных полос

Вторичные волны интерферируют

в направлении под углом к

перпендикуляру к щели,

имея некоторую разность фаз, от

которой зависит результирующая

амплитуда колебаний

• Дифракция не позволяет получить отчетливые изображения мелких предметов, так как свет огибает предметы.
• Изображения получаются размытыми. Это происходит, когда линейные размеры предметов меньше длины световой волны.

Разрешающая способность микроскопа и телескопа

Если две звезды находятся на малом угловом расстоянии друг от друга, то эти кольца налагаются друг на друга, и глаз не может различить, имеются ли две светящиеся точки или одна.

Чтобы посмотреть презентацию с картинками, оформлением и слайдами, скачайте ее файл и откройте в PowerPoint на своем компьютере.
Текстовое содержимое слайдов презентации: Презентация учителя МОУ «СОШ №56 с УИОП» г. СаратоваСуховой Татьяны Михайловны Интерференция света. Интерференцией называется сложение двух (или нескольких) световых волн, при котором в одних точках пространства происходит усиление интенсивности света, а в других –ослабление.Условия когерентности световых волн.Волны, разность фаз которых не зависит от времени называются когерентными. Проявления в природе.Применение интерференции.Явление интерференции света находит широкое применение в современной технике. Одним из таких применений является создание "просветленной" оптики. Явление огибания механическими волнами преград наблюдается когда речные волны свободно огибают выступающие из воды предметы и распространяются так, как будто этих предметов не было совсем. Явление, свойственное всем волновым процессам. Звуковые волны так же огибают препятствия и мы можем слышать сигнал автомобиля за углом дома, когда самого автомобиля не видно. План урока.1. Опыт Юнга.2. Что такое дифракция.3. Принцип Гюгенса.4. Принцип Гюгенса-Френеля.5. Дифракционные картины от различных препятствий.6. Границы применимости геометрической оптики.7. Разрешающая способность оптических приборов.8. Вывод. В середине 17-го века итальянский ученый Ф. Гримальди наблюдал странные тени от небольших предметов, помещенных в узкий пучок света. Эти тени не имели четких границ, были окаймлены цветными полосами. Дифракция света – огибание световой волной непрозрачных тел с проникновением в область геометрической тени и образованием там интерференционной картины. В становлении представлений о том, что распространение света является волновым процессом, большую роль сыграл Христиан Гюйгенс. Каждая точка поверхности, достигнутая световой волной, является вторичным источником световых волн. Огибающая вторичных волн становится волновой поверхностью в следующий момент времени. Огюстен Френель заложил основы волновой оптики, дополнив принцип Гюйгенса идеей интерференции вторичных волн: он построил количественную теорию дифракции. 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. Наиболее отчетливо дифракция света проявляется тогда, когда выполняется данное условие (условие наблюдения дифракции).Где D- размер препятствия или отверстия, - длина световой волны, L- расстояние от препятствия до места, где наблюдается дифракционная картина. l 2 D L Дифракция налагает также предел на разрешающую способность телескопа. Предельное угловое расстояние() между светящимися точками, при котором их можно различать, определяется отношением длины волны() к диаметру объектива (D). Дифракцию света используют для создания чувствительных спектральных приборов. Дифракционные явления приносят не только пользу, но и вред, ограничивая разрешающую способность оптических приборов. II ВАРИАНТ 1. Б2. В3. Б4. Д5.6. Д7. Г 1. А2. Б3. А4. Г5. 6. А7.А 1. Что такое дифракция?2. Сформулируйте принцип Гюйгенса.3.Сформулируйте принцип Гюйгенса-Френеля.4. Как получить в центре дифракционной картины отверстия темное или светлое пятно?5. Границы применимости геометрической оптики.6. Разрешающая способность оптических приборов. Нет отдельно интерференции и отдельно дифракции – это единое явление, но в определённых условиях больше выступают интерференционные, в других – дифракционные свойства света. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б. Физика: учебник для 11кл. – М.:ПросвещениеЖелезовский Б.Я. Лекции по оптике для студентов СГУОбразовательные комплексы. Физика,7-11 кл, Библиотека наглядных пособийПрограммы Физикона, Физика 7-11 кл, Локальная версияКирилл и Мифодий, Учебные электронные издания БЭНП Физика

Волновые свойства света: интерференция, дифракция, поляризация Световые волны рассматриваются по своей природе как электромагнитные волны, обладающие всеми их свойствами. Волновая оптика – раздел оптики, объясняющий оптические явления на основе волновой природы света. Волновая оптика описывает такие оптические явления, как интерференция, дифракция, поляризация, дисперсия.

Интерференция света Электромагнитные волны, как и механические волны, обладают принципом суперпозиции, то есть, если в среде одновременно распространяются несколько волн, то они распространяются независимо друг от друга. Однако, в тех местах, где одни колебания накладываются на другие колебания, их амплитуды векторно складываются. При этом может наблюдаться как увеличение интенсивности света (когда накладываются волны с одинаковыми фазами), так и ослабление интенсивности (при сложении волн с противоположными фазами). Это явление получило название интерференции света. Интерференция света – это сложение двух и более волн, вследствие которого наблюдается устойчивая картина усиления и ослабления световых колебаний в разных точках пространства. Интерферировать могут лишь когерентные волны, т. е. волны имеющие одинаковую частоту и постоянную во времени разность фаз. Когерентные источники в природе отсутствуют, но они могут быть получены разными способами. Один из них показан на рисунке. Здесь показано, как с помощью экрана Э 1 с двумя узкими щелями получают из одного источника света S два когерентных. Интерференционную картину в виде чередующихся светлых и темных полос наблюдают на экране Э 2.

Интерференционные картины можно наблюдать на тонких масляных пленках на поверхности воды, мыльных пузырях, крыльях стрекоз, цвета побежалости на поверхности металла после нагрева. Явление интерференции в тонких пленках находит применение для определения длин волн излучения источников света, для контроля качества обработки полированной поверхности, определения коэффициента расширения тел при нагревании и т. д. Существуют специальные приборы – интерферометры, предназначенные для измерения длин тел, показателей преломления с большой точностью.

Дифракция света Дифракция – это способность волн огибать встречающиеся на их пути препятствия, отклоняться от прямолинейного распространения. Чтобы наблюдать дифракцию световых волн, необходимы определённые условия: либо размеры препятствий (или отверстий) должны быть очень малыми, либо расстояние от препятствия до наблюдаемой картины должно быть велико. Возьмем на пути лучей от точечного источника света S поставим преграду с очень маленьким отверстием диаметра d, тогда на экране Э увидим систему чередующихся светлых и тёмных колец (при условии, что d

Дифракционные картины нередко наблюдаются в естественных условиях. Например, цветные кольца, окружающие источник света, наблюдаемый сквозь туман или через запотевшее оконное стекло, или при рассматривании яркого источника через ресницы. Для наблюдения дифракции используются специальные приборы – дифракционные решетки. Дифракционная решетка (одномерная) представляет собой систему параллельных равноотстоящих друг от друга щелей равной ширины. Простейшая дифракционная решетка может быть изготовлена из стеклянной пластинки, на которой алмазным резцом нанесены параллельные царапины с неповрежденными промежутками между ними (щелями). Расстояние между соседними щелями называется периодом или постоянной решетки d (рис.).

где а – расстояние между соседними щелями, b – ширина щели. Разность хода Δ лучей, приходящихся в произвольную точку Р от двух соседних щелей будет:

Очевидно, колебания в точке Р будут усиливать друга, если разность фаз лучей будет равна 0 или отличатся на 2π, чему соответствует: где k = 0, 1, 2, 3. . . Тогда условием наблюдения максимумов (усиления колебаний) света будет: где k = 0, 1, 2, 3. . . Вследствие дифракции происходит неравномерное перераспределение световой энергии между максимумами. Дифракционная решетка является спектральным прибором. С ее помощью можно определять длины волн в спектрах излучения источников (например, звезд):

Поляризация света Как было показано выше, свет, излучаемый большинством источников, представляет собой наложение огромного количества волн, испущенных отдельными атомами. Так как атомы излучают независимо друг от друга, то пространственная ориентация векторов Е волн разных атомов произвольна. Такой свет называется естественным (рис. а) Луч, в котором колебания вектора Е происходят только в одном направлении (имеют полярность), называется плоскополяризованным (или линейнополяризованным) (рис. б). Плоскость, в которой совершает колебания вектор Е называется плоскость колебаний. Плоскость, в которой колеблется вектор Н (или В), назвали плоскостью поляризации. Угол между этими плоскостями 900. Естественный свет можно превратить в поляризованный с помощью приборов которые называются поляризаторами. При падении естественного света на границу раздела сред, с разными показателями преломления, отраженный и преломленный луч всегда поляризованы.

Описание презентации по отдельным слайдам:

1 слайд

Описание слайда:

2 слайд

Описание слайда:

Интерференция механических волн. Любому волновому движению присущи явления интерференции и дифракции. Сложение волн. Очень часто в среде одновременно распространяется несколько различных волн. Что при этом происходит? Каждая волна проходит сквозь другую и ведет себя так, будто другой волны не существовало. Если две волны встречаются в одном месте своими гребнями, то в этом месте возмущение усиливается. Если гребень одной волны встречается с впадиной другой, то поверхность не будет возмущена.

3 слайд

Описание слайда:

Интерференция механических волн. Вообще же в каждой точке среды колебания, вызванные двумя волнами, складываются. Результирующее смещение любой частицы среды представляет собой алгебраическую сумму смещений, которые происходили бы при распространении одной волны в отсутствие другой.

4 слайд

Описание слайда:

Интерференция механических волн. Интерференция - сложение в пространстве волн, при котором образуется постоянное во времени распределение амплитуд результирующих колебаний частиц среды. Выясним, при каких условиях наблюдается интерференция волн. Одновременно возбудим две круговые волны. В любой точке М складываются колебания, вызванные двумя волнами. Амплитуды колебаний будут различаться, т.к. волны проходят различные пути. Но если расстояние между источниками много меньше путей, то амплитуды можно считать одинаковыми. Результат сложения зависит от разности фаз. Если разность хода равна длине волны, то вторая волна запаздывает на один период, т.е. в этом случае гребни совпадают.

5 слайд

Описание слайда:

Интерференция механических волн. Условие максимумов. Амплитуда колебаний частиц среды в данной точке максимальна, если разность хода двух волн, возбуждающих колебания в этой точке, равна целому числу длин волн:

6 слайд

Описание слайда:

Интерференция механических волн. Условие минимумов. Амплитуда колебаний частиц среды в данной точке минимальна, если разность хода двух волн, возбуждающих колебания в этой точке, равна нечетному числу полуволн:

7 слайд

Описание слайда:

Интерференция механических волн. Амплитуда колебаний в любой точке не меняется с течением времени. Интерференционная картина – определенное, неизменное во времени распределение амплитуд колебаний. Когерентные волны – волны, созданные источниками волн с одинаковой частотой и постоянной разностью фаз их колебаний.

8 слайд

Описание слайда:

Интерференция механических волн. Распределение энергии при интерференции. Волны несут энергию. Что же с ней происходит? Наличие минимума в данной точке интерфериационной картины означает, что энергия сюда не поступает совсем. Вследствие интерференции происходит перераспределение энергии в пространстве. Она концентрируется в максимумах за счет того, что в минимумы не поступает вовсе.

9 слайд

Описание слайда:

Интерференция света. Свет представляет собой поток волн, следовательно, наблюдается интерференция света. Но получить интерференционную картину с помощью двух независимых источников света невозможно. Условие когерентности световых волн. Световые волны, излучаемые независимыми источниками света, не согласованы, а для интерференционной картины нужны согласованные волны, т.е. когерентные. Волны от различных источников некогерентны потому, что разность фаз волн не остается постоянной. Временная и пространственная когерентность световых волн.

10 слайд

Описание слайда:

Интерференция света. Интерференция в тонких пленках. Однако мы все наблюдали интерференционную картину, когда в детстве пускали мыльные пузыри. Томас Юнг объяснил возможность объяснения цветов тонких пленок сложением волн, одна их которых отражается от наружной поверхности пленки, а другая – от внутренней. При этом происходит интерференция световых волн – сложение двух волн, вследствие которого наблюдается устойчивая во времени картина усиления или ослабления результирующих световых колебаний в различных токах пространства.

11 слайд

Описание слайда:

Интерференция света. Простая интерференционная картина возникает в тонкой прослойке воздуха между стеклянной пластиной и положенной на нее плосковыпуклой линзой, сферическая поверхность которой имеет большой радиус кривизны. Эта картина имеет вид концентрических колец, получивших название колец Ньютона.

12 слайд

Описание слайда:

Интерференция света. Длина световой волны. Явление интерференции не только доказывает наличие у света волновых свойств, но позволяет измерить длину волны. Вприроде нет никаких красок, есть лишь волны разных длин. Глаз – сложный физический прибор, способный обнаруживать различие в цвете, которому соответствует небольшая разница в длинах световых волн. При переходе из одной среды в другую длина волны изменяется.

13 слайд

Описание слайда:

Некоторые применения интерференции. Существуют специальные приборы – интерферометры: для точного измерения длин волн, показателя преломления газов и других веществ. Проверка качества обработки поверхностей. Просветление оптики (уменьшается доля отражаемой энергии света).

14 слайд

Описание слайда:

Дифракция механических волн. Нередко волна встречает на своем пути препятствия., которые она способна огибать. Когда размеры препятствий малы, волны, огибая края препятствий, смыкаются за ними. Дифракция – отклонение от прямолинейного распространения волн или огибание волнами препятствий. Она присуща любому волновому процессу. Это явление можно наблюдать, если поставить на пути волны экран с узкой щелью. Если размеры щели меньше длины волны, то хорошо видно, что за экраном распространяется круговая волна. Если размеры щели больше длины волны, то волна проходит сквозь щель, не меняя своей формы, а по краям можно заметить искривление волновой поверхности.