12 класс

Материалы к зачету по теме "Световые волны"

1. Свойства света.
Свет – это электромагнитные волны в интервале частот Гц, воспринимаемых человеческим глазом, т.е. длин волн в интервале 380 ÷ 780 нм. Свету присущи все свойства электромагнитных волн: отражение, преломление, интерференция, дифракция, поляризация, дисперсия.
Свет может оказывать давление на вещество, поглощаться средой, вызывать явление фотоэффекта.
Свет имеет конечную скорость распространения в вакууме 300 000 км/с, а в любой другой среде скорость света убывает.
Наиболее наглядно волновые свойства света обнаруживаются в явлениях интерференции и дифракции.

2. Интерференция света. Применение интерференции.
Интерференцией света называют пространственное перераспределение светового потока при наложении двух (или нескольких) когерентных световых волн, в результате чего в одних местах возникают максимумы, а в других минимумы интенсивности (интерференционная картина).
Интерференцией света объясняется окраска мыльных пузырей и тонких масляных пленок на воде, хотя мыльный раствор и масло бесцветны.

Световые волны частично отражаются от поверхности тонкой пленки, частично проходят в нее.
На второй границе пленки вновь происходит частичное отражение волны.
Световые волны, отраженные двумя поверхностями тонкой пленки, распространяются в одном направлении, но проходят разные пути.

При разности хода, равной четному числу длин полуволн
наблюдается интерференционный максимум.
При разности хода, равной нечетному числу длин полуволн
наблюдается интерференционный минимум.

Когда выполняется условие максимума для одной длины световой волны, то оно не выполняется для других волн.
Поэтому освещенная белым светом тонкая цветная прозрачная пленка кажется окрашенной. Явление интерференции в тонких пленках применяется для контроля качества обработки поверхностей, для просветления оптики.

3. Дифракция света.
При прохождении света через малое круглое отверстие на экране вокруг центрального светлого пятна наблюдаются чередующиеся темные и светлые кольца; если свет проходит через узкую щель, то получается картина из чередующихся светлых и темных полос.
Явление отклонения света от прямолинейного направления распространения при прохождении у края преграды называют дифракцией света.
Дифракция объясняется тем, что световые волны, приходящие в результате отклонения из разных точек отверстия в одну точку на экране, интерферируют между собой.
Дифракция света используется в спектральных приборах, основным элементом которых является дифракционная решетка.
Дифракционная решетка представляет собой прозрачную пластинку с нанесенной на ней системой параллельных непрозрачных полос, расположенных на одинаковых расстояниях друг от друга.
Пусть на решетку падает монохроматический (определенной длины волны) свет. В результате дифракции на каждой щели свет распространяется не только в первоначальном направлении, но и по всем другим направлениям. Если за решеткой поставить собирающую линзу, то на экране в фокальной плоскости все лучи будут собираться в одну полоску.

Параллельные лучи, идущие от краев соседних щелей, имеют разность хода Δ= d·sinφ,
где d – постоянная решетки – расстояние между соответствующими краями соседних щелей, называемое периодом решетки, φ – угол отклонения световых лучей от перпендикуляра к плоскости решетки.
При разности хода, равной целому числу длин волн d·sinφ = k·λ, наблюдается интерференционный максимум для данной длины волны.
Условие интерференционного максимума выполняется для каждой длины волны при своем значении дифракционного угла φ.
В результате при прохождении через дифракционную решетку пучок белого света разлагается в спектр.
Угол дифракции имеет наибольшее значение для красного света, так как длина волны красного света больше всех остальных в области видимого света. Наименьшее значение угла дифракции для фиолетового света.

4. Поляризация света.
Опыт показывает, что интенсивность светового пучка, проходящего через некоторые кристаллы, например, исландского шпата, зависит от взаимной ориентации двух кристаллов. При одинаковой ориентации кристаллов свет проходит через второй кристалл без ослабления.
Если же второй кристалл повернут на 90°, то свет через него не проходит.
Происходит явление поляризации, т. е. кристалл пропускает только такие волны, в которых колебания вектора напряженности электрического поля совершаются в одной плоскости — плоскости поляризации.
Явление поляризации доказывает волновую природу света и поперечность световых волн.

5. Дисперсия света.
Узкий параллельный пучок белого света при прохождении через стеклянную призму разлагается на пучки света разного цвета (спектр), при этом наибольшее отклонение к основанию призмы имеют лучи фиолетового цвета.
Запомнить 7 основных цветов спектра можно по мнемоническому правилу:

"Каждый Охотник Желает Знать Где  Сидит Фазан"

Объясняется разложение белого света тем, что белый свет состоит из электромагнитных волн с разной длиной волны, а показатель преломления света зависит от длины его волны.

Показатель преломления связан со скоростью света в среде, следовательно, скорость света в среде зависит от длины волны. Это явление и называют дисперсией света.
На основании совпадения экспериментально измеренного значения скорости электромагнитных волн.
Джеймс Максвелл высказал предположение, что свет – это электромагнитная волна.
Эта гипотеза подтверждена свойствами, которыми обладает свет.

вернуться на страницу "Физика"

вверх