Пошук навчальних матеріалів по назві і опису в нашій базі:

Інтерференція світла”




90.69 Kb.
НазваІнтерференція світла”
Дата конвертації26.03.2013
Розмір90.69 Kb.
ТипДокументы
Зміст
Чернівці - 2007
2. Навчальні цілі
3.1 Базові знання
3.2 Зміст теми
3.3 Рекомендована література

“Затверджено”


На методичній нараді кафедри медичної

і біологічної фізики від 30 травня 2007 року. Протокол №15
Зав. кафедри, проф. Шаплавський М.В.




МЕТОДИЧНА РОЗРОБКА ДЛЯ ОРГАНІЗАЦІЇ САМОСТІЙНОЇ ПОЗААУДИТОРНОЇ РОБОТИ СТУДЕНТІВ №10


на тему:

ІНТЕРФЕРЕНЦІЯ СВІТЛА”


Навчальний предмет: біофізика

та медапаратура

І курс,

факультет: медичний № 4 з ВММФФ

спеціальність “сестринська справа”

(бакалаври)

2 години

^

Чернівці - 2007


1. Актуальність теми:

В медико-біологічних дослідженнях використовують прилади, в основі роботи яких лежить явище інтерференції світла. Це інтерференційний мікроскоп, інтерферометр Жамена, тощо. В фізіотерапії є метод інтерференцтерапії. Тому важливо знати і вивчити це фізичне явище.

^ 2. Навчальні цілі:

Студент повинен знати:

  • Когерентні хвилі та когерентні джерела світла;

  • Визначення інтерференції світла;

  • Умови виникнення інтерференції у природі і в лабораторії;

  • Інтерференційні максимуми та мінімуми;

  • Роль інтерференції у медико-біологічних дослідженнях.


Студент повинен вміти:

  • Записати формули для інтерференційних min та max;

  • Спостерігати інтерференцію у природі.


^ 3.1 Базові знання:

Дисципліна

Знати

Фізика



Біологія

  1. Хвиля, довжина хвилі, фронт хвилі.

  2. Рівняння плоскої хвилі.

  3. Будова мікроскопу оптичного.


1. Анізотропія тканин організму.



^ 3.2 Зміст теми:

Наприкінці 17-го століття І.Ньютон і Х.Гюйгенс запропонували дві гіпотези про природу світла. За І.Ньютоном світло - це потік частинок (корпускул), що випускаються світним тілом і досягають наших очей. Х.Гюйгенс стверджував, що світло - це хвилі в деякому гіпотетичному середовищі - ефірі. За сучасними уявленнями світло має властивості і часток, і хвиль. При взаємодії світла з речовиною ( випромінювання, поглинання, розсіювання) виявляються його корпускулярні (квантові) властивості. При своєму поширенні світло виявляє хвильові властивості. Така подвійність властивостей світла називається квантово-хвильовим дуалізмом. У цій темі ми розглядаємо хвильові властивості світла.

Основою хвильової оптики є принцип Гюйгенса—Френеля: кожна точка середовища, до якого дійшов фронт хвилі, є джерелом вторинних хвиль, що накладаються і дають положення хвильового фронту в наступний момент часу. Використовуючи цей принцип, Гюйгенс пояснив закони відбивання і заломлення світла. Розглянемо явище інтерференції світла.

Нехай є два точкових джерела електромагнітних хвиль S1 і S2, від яких хвилі доходять до екрана в точку М (рис. 1).Тому що оптичну дію на речовину виявляє електричне поле хвилі, то врахуємо коливання напруженостей Е1 і Е2 електричних полів обох хвиль у точці М:




Рис.1
(1)

де і - циклічні частоти, r1 і - геометричні відстані S1М и S2М; n1 і n2 -показники заломлення середовища на шляхах світла S1M і S2M (для однорідного середовища n1 = n2); -довжина хвилі у вакуумі. Для простоти розгляду покладемо, що Е10 = Е20 = Е0. Відповідно до принципу суперпозиції полів для результуючого поля одержуємо:

(2)

В рівності (2) обидва косинуси залежать від часу. Нехай . Джерела хвиль, частоти коливань яких однакові, називаються когерентними. У випадку когерентних джерел маємо:

(3)

Таким чином, вектор Е буде коливатися по гармонійному закону з тією ж частотою, що і джерело:

(4)

Амплітуда коливання дорівнює:

(5)

Вона досягає максимуму, рівного в точках екрана, для яких . Для цих точок:



чи

(6)

Рівність (6) називається умовою максимуму інтерференції двох когерентних хвиль. У тих точках екрана, для яких

чи (7)

коливання взаємно гасяться. Рівність (7) - це умова мінімуму інтерференції двох когерентних хвиль. Для однорідного середовища (6) і (7) будуть мати вид:

(8)

(9)

де -довжина хвилі в речовині. Величина називається геометричною різницею ходу хвиль, а величина -оптичною різницею ходу хвиль. Дамо визначення інтерференції хвиль.

Інтерференцією хвиль (світла) називається накладання двох когерентних хвиль, при якому в кожній точці простору встановлюється постійна в часі амплітуда коливань і утвориться інтерференційна картина чергування максимумів і мінімумів.

Якщо , то різниця фаз у точці спостереження М залежить від часу, і стійкої картини інтерференції не буде.

У звичайних джерелах випромінювання світла (свічка, електролампочка, Сонце) світло випромінюють багато атомів не узгоджено, тому ці джерела не когерентні. Кожен акт випромінювання світла атомом триває 10-8 секунди. При швидкості світла 3·108м/с світло встигає пройти шлях S = с·t = 3м. Така "стрічка" світлових хвиль називається цугом. Для одержання інтерференції від природних джерел світла необхідно узяти світлову хвилю від одного джерела, розщепити (розкласти) її на дві хвилі і пропустити їх по різних оптичних шляхах , а потім сполучити на екрані. При цьому оптична різниця ходу повинна бути менше цугу, інакше два цуги будуть проходити точку М в різний час.

Для розщеплення хвиль існує кілька способів: спосіб Юнга, спосіб Френеля, спосіб Ллойда й інші. Розглянемо спосіб Френеля (рис. 2). Нехай біля точкового джерела світла S знаходяться два плоских дзеркала під кутом один до одного близьким до 1800. При відбиванні світла від дзеркал утворяться два уявних джерела світла S1 і S2 - зображення S. Джерела S1 і S2 будуть когерентними. При накладанні світлових хвиль від цих джерел буде спостерігатися картина інтерференції на екрані.





Рис.2
Розглянемо одержання інтерференції при відбиванні від тонкої плівки, чи пластинки. Тонку плівку можна одержати капнувши декілька крапель гасу чи олії на воду. Нехай на поверхню плоскопаралельної плівки падає плоска хвиля (рис. 3). Промінь 1, тобто перпендикуляр до фронту хвилі, в точці А розділяється на дві частини: одна відбивається і дає промінь 2; друга частина, заломлюючись і відбиваючись від нижньої грані плівки, дає промінь 3. Ці промені між собою когерентні. При попаданні в око спостерігача вони будуть інтерферувати. На границі повітря-гас втрачається при цьому половина довжини хвилі. Оптична різниця ходу для променів 2 і 3 дорівнює:

(10)

Тут враховано, що - показник заломлення гасу чи олії, a для повітря.

В
Рис. 3
икористовуючи закон заломлення світла: (11) виключимо з виразу
(10) кут заломлення :



(12)

Для мінімуму інтерференції одержуємо:

(13)

Для максимуму:' (14)

При освітленні плоскопаралельної плівки білим світлом умова максимуму буде виконуватися для визначеної довжини хвилі і плівка буде пофарбована якимсь одним кольором. Якщо товщина плівки міняється, то на її поверхні буде видно кольорові смуги. Ці смуги відповідають лініям рівної товщини.

Інтерференцію на тонких плівках використовують для просвітлення оптики. Нехай об'єктив оптичного приладу складається, наприклад, із трьох лінз. На кожній поверхні кожної лінзи губиться близько 4% енергії світла. Отже об’єктив відбиває близько 22-24% світла, що падає на нього. Якщо покрити поверхню лінзи тонким прозорим шаром товщиною (n - показник заломлення світла в цьому шарі, - довжина хвилі жовтого світла), то найбільш яскраве у спектрі жовте світло не буде відбиватися і не дає втрат.




Рис.4
Інтерференція використовується в різних областях науки. За допомогою інтерференції можна визначати довжину хвилі, показник заломлення речовини, розміри мікроскопічних тіл, нерівності поверхні і так далі. Для цього використовуються прилади, називані інтерферометрами. Найбільш розповсюдженим є інтерферометр Майкельсона (рис. 4). Він складається з двох дзеркал М1 і М2, напівсрібної скляної пластинки Р1 і скляної пластинки Р2. Світло від джерела S падає на P1 і розділяється на два промені - промінь 1 і промінь 2. Шляхи променів від джерела до ока спостерігача різні, а саме: промінь 1 відбившись від дзеркала М1, частково пройде через пластинку Р1 і потрапить в око - промінь 1'. Промінь 2 відіб'ється від дзеркала М2, пройде два рази через пластинку Р2 і, відбившись від пластинки Р1, потрапить в око - промінь 2'. Обидва промені 1' і 2' будуть інтерферувати між собою. Зсув одного з дзеркал на 1/4 дає зміну різниці ходу на , тобто зміну максимуму картини на мінімум. Помістивши замість одного з дзеркал досліджувану поверхню, можна вивчити її нерівності.

Інтерференційний мікроскоп. З'єднуючи інтерферометр Майкельсона з мікроскопом, одержують інтерференційний мікроскоп. Він використовується для визначення показника заломлення органоїдів, концентрації сухої речовини в мікрооб’єктах. У цьому мікроскопі під предметним столиком промінь розщеплюється на два. Один із променів проходить через об'єкт, що спостерігається, інший - поза ним. У тубусі промені сполучаються і інтерферують. При цьому підвищується контрастність зображення і стає видимою структура прозорих об'єктів.

Інтерферометр Жамена використовується для визначення зміни показника заломлення повітря, коли змінюється його газова сполука. По зміні показника заломлення роблять висновки про забруднення повітря. Це важливо для екологічних досліджень.

^ 3.3 Рекомендована література:

- основна:

1. Ремизов А.Н. «Медицинская и биологическая физика», М.: «Высшая школа», 1987, §§ 24.1-24.7..
3.4 Матеріали для самоконтролю:

А. Питання для самоконтролю:

  1. Когерентність. Когерентні джерела.

  2. Визначення інтерференції хвиль.

  3. Формули max i min інтерференції.

  4. Інтерференція світла в тонких плівках.

  5. Просвітлення оптики.

  6. Інтерференція у природі.

  7. Інтерференційний мікроскоп.


В. Завдання для самоконтролю:

  1. Чому на поверхні стола не спостерігається інтерференційні смуги, якщо над ним висять 2 електричні лампи?

  2. Чому природні джерела світла не є когерентними?

  3. Назвіть дві умови когерентності.

  4. Що таке біпризма Фпенеля?

  5. Виведіть формули для інтерференційного максимуму та мінімуму за допомогою формули суми косинусів двох кутів.

  6. Чим пояснити райдужне забарвлення нафтових плям на воді?

  7. З якою метою застосовують інтерференційні мікроскопи?


Склав асистент Зав’янський Л.Ю.

Додати документ в свій блог або на сайт

Схожі:

Інтерференція світла” iconЕлектромагнітна теорія світла
Тема: Хвильові властивості світла: інтерференція, дифракція І поляризація світла

Інтерференція світла” iconЯке явище називається інтерференцією світла?
Когерентність та монохроматичність світлових хвиль. Інтерференція світла. Оптична довжина шляху

Інтерференція світла” iconСамостійна робота з курсу «Загальна фізика (оптика І атомна фізика)»
Тема: Хвильові властивості світла: інтерференція, дифракція І поляризація світла

Інтерференція світла” iconСамостійна робота з курсу «Загальна фізика (оптика І атомна фізика)»
Тема: Хвильові властивості світла: інтерференція, дифракція І поляризація світла

Інтерференція світла” icon21. Інтерференція світла Основні формули
Оптична різниця ходу двох променів, що поширюються у різних середовищах відповідно з показнивами заломлення n1 І n2

Інтерференція світла” iconVі-ий модуль-контроль
Корпускулярна та хвильова теорії світла. Корпускулярно-хвильовий дуалізм світла. Поняття світла, світлового вектора. Електромагнітна...

Інтерференція світла” iconТема уроку
Тема уроку: Світло як електромагнітна хвиля. Інтерференція та дифракція світлових хвиль. Поляризація І дисперсія світла

Інтерференція світла” iconМовчан Сергій м. Кіровоград масштабні рівні прояву географічної інтерференції
Одним з механізмів взаємодії геосистем, на думку автора, є географічна інтерференція або інтерференція геосистем

Інтерференція світла” iconТема. Світло як електромагнітна хвиля. Інтерференція та дифракція світла
Світло це електромагнітні хвилі високої частоти, що випромінюються атомами речовини,  а також частинками, які мають електричний заряд...

Інтерференція світла” iconРимкевич А. П. Збірник задач з фізики для 9 11 класів середньої школи
Навчальна мета: сформулювати уявлення про природу світла та властивості світла, ознайомити з теоріями про природу світла, законами...

Додайте кнопку на своєму сайті:
ua.convdocs.org


База даних захищена авторським правом ©ua.convdocs.org 2013
звернутися до адміністрації
ua.convdocs.org
Реферати
Автореферати
Методички
Документи
Випадковий документ

опубликовать
Головна сторінка