Физика лекции и примеры решения задач

Во л н о в а я о п т и к а

 Контрольные вопросы.

В чём сущность корпускулярной, волновой и квантовой теории света?

Что называется интерференцией света? При каких условиях она наблюдается?

Почему независимые источники света (например, электрические лампочки) не дают интерференции света?

Какие знаете способы получения интерференции света?

В чём различие между геометрической и оптической разностью хода световых лучей?

Каковы условия максимума и минимума интерференции света?

Зависит ли расстояние между интерференционными полосами на экране, полученными от двух когерентных источников света, от длины волны? Каков вид интерференционной картины для естественного света?

Чем различаются формулы для определения оптической разности хода световых лучей в тонких плёнках в случаях отражённого и проходящего света?

Что такое кольца Ньютона? Покажите на рисунке ход интерферирующих лучей в отражённом и проходящем свете. Что наблюдается в центре интерференционной картины и почему?

В чём физическая сущность просветления оптики?

Что называется дифракцией света и какие виды дифракции света существуют?

В чём сущность метода зон Френеля?

В чём различие дифракционной картины от одной щели при освещении её белым и монохроматическим светом? Запишите условия максимума и минимума дифракции от щели.

Что называется дифракционной решёткой и какими параметрами она характеризуется? Выведите основную формулу дифракционной решётки.

В чём различие дифракционной картины от одной щели и от дифракционной решётки в монохроматическом свете?

Чем отличается дифракционный спектр от спектра, полученного с помощью призмы?

Что такое поляризованный свет? Каким образом его можно обнаружить?

Какие есть способы получения поляризованного света?

Сформулируйте закон Бюстера и запишите его математическое выражение.

Запишите закон Малюса и объясните входящие в него параметры.

Что такое дихроизм кристаллов?

Методические рекомендации.

Задачи на интерференцию света делятся на две группы: задачи на интерференцию волн от двух когерентных источников и задачи на интерференцию в тонких плёнках (пластинках).

К задачам первой группы относятся случаи интерференции, полученной с помощью зеркал Френеля, щелей Юнга, бипризмы Френеля.

Для расчета интерференционной картины пользуются следующими формулами:

  (2.1)

 , (2.2)

где  - оптическая разность хода двух световых лучей,   - длина световой волны в вакууме, m – целое число. Чётному m соответствует интерференционный максимум, нечётному m интерференционный минимум, x – расстояние между интерференционными полосами на экране, l – расстояние от источников до экрана, d – расстояние между источниками.

Вторую группу составляют задачи на интерференцию как в плоско-параллельных, так и в клинообразных слоях, а также задачи на кольца Ньютона. В этих случаях оптическая разность хода  двух интерферирующих лучей, отражённых от обеих поверхностей слоя, определяется по формуле

, (2.3)

где h – толщина пластинки, n – абсолютный показатель преломления вещества пластинки, r – угол преломления,  - длина световой волны в вакууме.

Зная оптическую разность хода , с помощью формулы (2.1) можно определить результат интерференции. результат интерференции.

Решая задачи, связанные с интерференцией света в тонких пластинках (плёнках), следует помнить, что формула (2.3) для оптической разности хода двух лучей, отражённой от верхней и нижней поверхностей пластинки, выведена для случая, когда пластинка окружена одинаковыми средами. При этом один из двух лучей отражается от границы с оптически менее плотной средой, другой – от границы с оптически более плотной средой. В последнем случае фаза светового колебания скачком изменяется на противоположенную. Это изменение фазы соответствует изменению оптической разности хода лучей  на . Если же тонкая пластинка окружена различными средами, то в зависимости от соотношения между показателями преломления сред  и  и пластинки n возможны следующие случаи:

1) :  при этом только луч 1, отражённый от границы с оптически более плотной средой, «теряет» полуволну (рис.2.1);

2);  - «теряет» полуволну только луч 2;

3) - оба луча «теряют» полуволну;

Рис.2.1.

4) - ни один из лучей не «теряет» полуволну.

Очевидно, для первых двух случаев соотношение (2.3) остаётся в силе. В последних двух случаях в формуле (2.3) величину  отбросим, так как «потери» полуволны обоими лучами не скажутся на их разности хода. Тогда получим

 . (2.4)

Приступая к решению задач на дифракцию света, необходимо по методу зон Френеля рассмотреть дифракцию от простейших преград – круглого отверстия, экрана, вывести формулу для определения амплитуды результирующего колебания и проанализировать их.

В случае дифракции от одной щели положение минимумов освещённости на экране определяется углом , отсчитанным от нормали к плоскости щели и удовлетворяющим условию

 , (2.5)

где a – ширина щели;  - длина световой волны; k – порядок минимума.

При нормальном падении света на дифракционную решётку положение главных максимумов определяется по формуле

 , (2.6)

где d – период решётки, k – порядок максимума.

При решении задач, в которых рассматривается поляризация света при отражении и преломлении на границе двух диэлектриков, надо обратить внимание на то, что в формуле, выражающей закон Бюстера:

 , (2.7)

 - относительный показатель преломления. Его можно представить через абсолютные показатели преломления сред:

  (2.8)

При падении света на границу двух сред со стороны оптически более плотной среды можно подобрать такой угол падения , что свет не будет преломляться на данной границе, т. е. возникнет полное внутреннее отражение. В этом случае i=; r=90 (рис. 2.2).

Рис.2.2.


Примеры решения задач по различным разделам физики