Физика, полный курс для 11 класса

Урок: "Дисперсия света. Интерференция. Опыт Ньютона и кольца Ньютона"

Речь учителя:

→ Введение в дисперсию света
— Ребята, представьте, что вы поливаете сад из шланга, и вдруг в воздухе появляется радуга. Почему так происходит? Дело в том, что солнечный свет — не просто белый, а состоит из множества цветов. Когда он проходит через капли воды, то раскладывается на спектр — это и есть дисперсия света.

— Первым это явление исследовал Исаак Ньютон. Он пропустил луч света через призму и увидел на экране радужную полоску. Оказалось, что стекло по-разному преломляет световые волны: фиолетовые лучи отклоняются сильнее, чем красные, потому что у них разная длина волны.

Формула зависимости показателя преломления от длины волны:

$$n=n(\lambda )$$

— Чем меньше длина волны (фиолетовый свет), тем сильнее преломление.

→ Интерференция света
— А теперь давайте представим, что вы бросаете два камешка в пруд. Волны от них расходятся, и в некоторых местах гребни складываются (волна становится выше), а где-то гасят друг друга (водная гладь остается ровной). То же самое происходит и со светом — это явление называется интерференцией.

— Для интерференции нужны когерентные волны — то есть волны с одинаковой частотой и постоянной разностью фаз. Если разность хода между ними равна целому числу длин волн ($\mathrm{\Delta }=m\lambda$), мы увидим яркую полосу (максимум). Если же разность хода составляет половину длины волны ($\mathrm{\Delta }=(2m+1)\frac{\lambda }{2}$, свет погасит сам себя (минимум).

→ Кольца Ньютона
— Один из самых красивых примеров интерференции — кольца Ньютона. Если взять плосковыпуклую линзу, положить её на стеклянную пластину и осветить монохроматическим светом (например, лазером), то в зазоре между линзой и стеклом возникнут концентрические кольца.

— Почему так происходит? Часть света отражается от нижней поверхности линзы, а часть — от стеклянной пластины. Эти два отражённых луча встречаются и интерферируют. В центре мы видим тёмное пятно, потому что там разность хода ровно $\lambda \mathrm{/}2$ — свет гасит сам себя.

Формула радиуса тёмного кольца:

$$r_m=\sqrt{m\lambda R}$$

— где $R$ — радиус кривизны линзы, $m$ — номер кольца.

→ Где это встречается в жизни?
— Интерференция — не просто красивое явление. Например, просветлённая оптика в фотоаппаратах и микроскопах использует тонкие плёнки, которые гасят блики за счёт интерференции. А на производстве с помощью интерферометров проверяют качество шлифовки линз и зеркал.

→ Заключение
— Сегодня мы разобрали, как белый свет раскладывается в спектр, и как волны света могут усиливать или гасить друг друга. Эти явления — основа многих современных технологий.

— Если остались вопросы — задавайте! А на следующем уроке мы поговорим о дифракции света и опыте Юнга. До встречи!

Удачи в изучении физики!