Физика, полный курс для 11 класса

Дисперсия света. Интерференция

1. Дисперсия света. Опыт Ньютона

Белый свет и его состав
Солнечный свет, который кажется нам белым, на самом деле состоит из множества цветовых компонентов. Это можно наблюдать в природе — например, в радуге, где после дождя солнечный луч преломляется в каплях воды и раскладывается в спектр.

Опыт Ньютона
В 1666 году Исаак Ньютон провел эксперимент, пропустив узкий луч солнечного света через стеклянную призму . На экране за призмой он наблюдал радужную полосу — спектр, в котором цвета плавно переходили друг в друга: от красного к фиолетовому.

Это явление называется дисперсией света — зависимостью показателя преломления вещества от длины волны (частоты) света. Фиолетовые лучи преломляются сильнее, чем красные, так как их длина волны короче.

Ньютон также доказал, что спектр можно собрать обратно в белый свет с помощью второй призмы или линзы.

2. Интерференция света. Кольца Ньютона

Интерференция волн
Интерференция — это явление наложения волн, при котором в одних точках пространства происходит усиление колебаний (максимум интерференции), а в других — ослабление (минимум интерференции). Для света это проявляется в виде чередующихся светлых и темных полос или колец.

Условия интерференции:

• Волны должны быть когерентными (иметь одинаковую частоту и постоянную разность фаз).

• Разность хода между лучами должна быть кратной длине волны:

  • Условие максимума: $\mathrm{\Delta }=m\lambda$
    

  • Условие минимума: $\mathrm{\Delta }=(2m+1)\frac{\lambda }{2}$

Кольца Ньютона
Это классический пример интерференции в тонком воздушном зазоре.

Опытная установка:

• Плосковыпуклая линза большого радиуса кривизны лежит на плоской стеклянной пластине .

• Между линзой и пластиной образуется воздушный клин переменной толщины.

• При освещении монохроматическим светом (например, натриевой лампой) возникают концентрические кольца.

Объяснение явления:

• Луч света частично отражается от нижней поверхности линзы, а частично — от стеклянной пластины.

• Два отраженных луча интерферируют, создавая картину колец.

• В центре — темное пятно, так как разность хода равна $\lambda \mathrm{/}2$ (минимум интерференции).

• Радиус $m$-го темного кольца:

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

  где $R$ — радиус кривизны линзы.

Применение интерференции:

• Контроль качества шлифовки оптических поверхностей.

• Просветление линз (за счет нанесения тонких пленок).

• Голография и интерферометры в технике.

Выводы

1. Дисперсия света — разложение белого света в спектр из-за зависимости показателя преломления от длины волны.

2. Интерференция — наложение волн, приводящее к усилению или ослаблению света.

3. Кольца Ньютона — интерференционная картина, возникающая при отражении света от тонкого воздушного зазора.

Вопросы для самоконтроля:

1. Почему в спектре фиолетовый свет отклоняется сильнее красного?

2. Как можно доказать, что интерференция — волновое явление?

3. Почему в центре колец Ньютона наблюдается темное пятно?

Задачи:

1. Определите радиус третьего темного кольца Ньютона, если $\lambda =600$ нм, $R=5$ м.

2. Объясните, почему кольца Ньютона становятся уже при увеличении радиуса кривизны линзы.