Тема. Решение задач по теме "Интерференция в тонких пластинках. Кольца Ньютона".
Цели:
- рассмотреть условия максимума и минимума интерференции в тонких плоскопараллельных и клиновидных пластинках,
- рассмотреть условия получения колец Ньютона, определение радиуса колец.
Ход занятия.
В ходе проведения занятия необходимо рассмотреть ряд качественных задач и далее решить несколько расчетных задач по мере возрастания их сложности.
Перед решением задач необходимо повторить основные условия, при которых наблюдается интерференция: когерентность волн, длина когерентности, условия максимума и минимума интерференции.
Обратите внимание на метод получения когерентных волн в рассматриваемых задачах - метод деления амплитуды.
Несколько задач предлагается с объяснением их решения. В задачах рассмотрено получение полос равного наклона (плоскопараллельная пластинка) и равной толщины (оптический клин и кольца Ньютона). Получены условия максимума и минимума интерференции в проходящем и отраженном свете.
Качественные задачи.
1. Если на влажный асфальт упадет капля бензина, то получившееся пятно в солнечном свете окрашивается в различные цвета. Объясните явление/.
2. Если поверхность оптического стекла покрыть прозрачной пленкой, показатель преломления которой меньше показателя преломления стекла, а толщина пленки равна (λ-длина волны падающего света), то поверхность стекла вовсе не будет отражать свет, то есть весь свет будет проходить через стекло. Объясните смысл такого приема объективов современных оптических приборов.
3. Выдувая мыльный пузырь и наблюдая за ним в отраженном свете, можно заметить на его поверхности радужные цвета. Объясните это явление.
Примеры решения расчетных задач
Задача 1. Пленка с показателем преломления n = 1,5 освещается светом с длиной волны λ=6 ·10-5 см. Световые волны рас по нормали к поверхности пленки. При каких толщинах d пленки интерференционные полосы, наблюдаемые на ее поверхности, исчезают?
Из падающей по нормали на поверхность пленки волны после отражения образуются две когерентные волны 1 и 2 ( рис . 1 ). Оптическая разность хода между ними с учетом потери в точке С равна . Для светлых полос Δ = k λ, то есть .
Минимальная толщина пленки, при которой наблюдаются светлые полосы в отраженном свете на поверхности пленки, соответствует k = 0, следовательно,. Если , полосы исчезают . Таким образом,
Всё, с чем имеет дело физика, относится к материальному миру, так что, обобщённо говоря, можно сказать, что физика изучает изменение положения материи в пространстве и времени. Скорость, с которой движется любая часть материи, непосредственно связана с величиной энергии её движения, а в современной физике установлена неразрывная связь в виде прямой эквивалентности энергии и массы материи. Стало быть, мы должны заключить, что материей является, не только первично интуитивно понятное нам проявление массы, но так же и само пространство и время, в котором движется вся материя. Пространство и время – так же являются видом материи. Итак, основным предметом изучения физики является материя. Что прекрасно описывает и старое название этого предмета – «Материальная Философия», которое стало уступать место новому названию «Физика» только в начале XVIII века. Сделав это обобщение, и осознав его, мы, тем не менее, понимаем, что для нас не менее важно, чем до него, уметь различать всевозможные виды материи.
Электрическое поле – это особый вид материи, порождаемый электрическими зарядами и непреложно сопровождающий их. Элементарный электрический заряд в виде точки порождает элементарное сферически-симметричное электрическое поле. Для визуализации пространственного образа такого поля удобно воспользоваться аналогией с «одуванчиком». Центр цветка в такой аналогии – это точечный заряд, а его тончащие лепестки – это электрическое поле. Любая аналогия страдает недостатками, а поэтому следует сказать, что в реальном элементарном электрическом поле – плотность электрического поля, с удалением от точечного заряда, постепенно уменьшается, но никогда не оказывается равной нулю. Представляемый нами одуванчик имеет окончательную поверхность. А элементарное электрическое поле точечного заряда – истончается, истончается, истончается... но никогда не исчезает полностью, на расстоянии даже в квинтиллионы километров.
Поскольку элементарное сферически-симметричное электрическое поле, порождаемое любым точечным электрическим зарядом, является непреложным, т.е. существует всегда, пока существует заряд, и перестаёт существовать при исчезновении источника поля, то вообще говоря, нет смысла рассматривать в понятийном смысле: электрическое поле отдельно от заряда. Точно так же как нет смысла рассматривать по отдельности понятия положительных и отрицательных чисел – одно не имеет смысла без другого. Поле (электростатическое) существует тогда и только тогда, когда существует электрический заряд, а когда существует электрический заряд – непременно существует и его электрическое поле. Таким образом, нужно понимать, что поле электрического заряда – это его «руки» и «ноги», которые у него отнять невозможно. Так что, если мы видим заряженный металлический шар, то нужно понимать, что кроме того, что мы видим (т.е. шар) существует ещё и его электрическое поле, своими тонкими нитями протирающееся сквозь всё необозримое пространство, включая и нас самих – наблюдателей. Причём у любого электрического поля, как и у любой материи, есть и масса и энергия. Так, скажем, если зарядить металлический шар, размером с дыню до 300 вольт, то его внешнее электрическое поле будет весить около 0.00000000001 нанограмма или 0.00000001 пикограмма, что сравнимо с массой примерно 1000 атомов.
Как же можно «потрогать» это невидимое, всепроникающее электрическое поле и является ли оно таким уж всепроникающим? У человека есть несколько достаточно тонко настроенных и развитых чувств. Однако электрический заряд эти чувства не видят, не слышат, не осязают, а поэтому нам нужно построить некоторую модель восприятия – опыт, в котором мы увидим проявление поля – именно это и подразумевается под словом «потрогать». ответ на этот вопрос, как «потрогать» поле проясняет ещё одну важную особенность электрического поля — его векторный характер. И научиться «трогать» поле – довольно просто. Если у нас уже есть один точечный (ну или сферически-симметричный) электрический заряд, то мы можем догадываться, что он порождает/создаёт (а фактически имеет) вокруг себя элементарное сферически-симметричное электрическое поле. Назовём этот заряд, поле которого мы хотим «потрогать» – центральный заряд (ЦЗ).
Практическое занятие № 2
Тема. Решение задач по теме "Интерференция в тонких пластинках. Кольца Ньютона".
Цели:
- рассмотреть условия максимума и минимума интерференции в тонких плоскопараллельных и клиновидных пластинках,
- рассмотреть условия получения колец Ньютона, определение радиуса колец.
Ход занятия.
В ходе проведения занятия необходимо рассмотреть ряд качественных задач и далее решить несколько расчетных задач по мере возрастания их сложности.
Перед решением задач необходимо повторить основные условия, при которых наблюдается интерференция: когерентность волн, длина когерентности, условия максимума и минимума интерференции.
Обратите внимание на метод получения когерентных волн в рассматриваемых задачах - метод деления амплитуды.
Несколько задач предлагается с объяснением их решения. В задачах рассмотрено получение полос равного наклона (плоскопараллельная пластинка) и равной толщины (оптический клин и кольца Ньютона). Получены условия максимума и минимума интерференции в проходящем и отраженном свете.
Качественные задачи.
1. Если на влажный асфальт упадет капля бензина, то получившееся пятно в солнечном свете окрашивается в различные цвета. Объясните явление/.
2. Если поверхность оптического стекла покрыть прозрачной пленкой, показатель преломления которой меньше показателя преломления стекла, а толщина пленки равна (λ-длина волны падающего света), то поверхность стекла вовсе не будет отражать свет, то есть весь свет будет проходить через стекло. Объясните смысл такого приема объективов современных оптических приборов.
3. Выдувая мыльный пузырь и наблюдая за ним в отраженном свете, можно заметить на его поверхности радужные цвета. Объясните это явление.
Примеры решения расчетных задач
Задача 1. Пленка с показателем преломления n = 1,5 освещается светом с длиной волны λ=6 ·10-5 см. Световые волны рас по нормали к поверхности пленки. При каких толщинах d пленки интерференционные полосы, наблюдаемые на ее поверхности, исчезают?
Из падающей по нормали на поверхность пленки волны после отражения образуются две когерентные волны 1 и 2 ( рис . 1 ). Оптическая разность хода между ними с учетом потери в точке С равна . Для светлых полос Δ = k λ, то есть .
Минимальная толщина пленки, при которой наблюдаются светлые полосы в отраженном свете на поверхности пленки, соответствует k = 0, следовательно,. Если , полосы исчезают . Таким образом,
м = 10-4 мм.
ответ: м = 10-4 мм.
Объяснение:
Надеюсь это тебе решить задачу
Электрическое поле – это особый вид материи, порождаемый электрическими зарядами и непреложно сопровождающий их. Элементарный электрический заряд в виде точки порождает элементарное сферически-симметричное электрическое поле. Для визуализации пространственного образа такого поля удобно воспользоваться аналогией с «одуванчиком». Центр цветка в такой аналогии – это точечный заряд, а его тончащие лепестки – это электрическое поле. Любая аналогия страдает недостатками, а поэтому следует сказать, что в реальном элементарном электрическом поле – плотность электрического поля, с удалением от точечного заряда, постепенно уменьшается, но никогда не оказывается равной нулю. Представляемый нами одуванчик имеет окончательную поверхность. А элементарное электрическое поле точечного заряда – истончается, истончается, истончается... но никогда не исчезает полностью, на расстоянии даже в квинтиллионы километров.
Поскольку элементарное сферически-симметричное электрическое поле, порождаемое любым точечным электрическим зарядом, является непреложным, т.е. существует всегда, пока существует заряд, и перестаёт существовать при исчезновении источника поля, то вообще говоря, нет смысла рассматривать в понятийном смысле: электрическое поле отдельно от заряда. Точно так же как нет смысла рассматривать по отдельности понятия положительных и отрицательных чисел – одно не имеет смысла без другого. Поле (электростатическое) существует тогда и только тогда, когда существует электрический заряд, а когда существует электрический заряд – непременно существует и его электрическое поле. Таким образом, нужно понимать, что поле электрического заряда – это его «руки» и «ноги», которые у него отнять невозможно. Так что, если мы видим заряженный металлический шар, то нужно понимать, что кроме того, что мы видим (т.е. шар) существует ещё и его электрическое поле, своими тонкими нитями протирающееся сквозь всё необозримое пространство, включая и нас самих – наблюдателей. Причём у любого электрического поля, как и у любой материи, есть и масса и энергия. Так, скажем, если зарядить металлический шар, размером с дыню до 300 вольт, то его внешнее электрическое поле будет весить около 0.00000000001 нанограмма или 0.00000001 пикограмма, что сравнимо с массой примерно 1000 атомов.
Как же можно «потрогать» это невидимое, всепроникающее электрическое поле и является ли оно таким уж всепроникающим? У человека есть несколько достаточно тонко настроенных и развитых чувств. Однако электрический заряд эти чувства не видят, не слышат, не осязают, а поэтому нам нужно построить некоторую модель восприятия – опыт, в котором мы увидим проявление поля – именно это и подразумевается под словом «потрогать». ответ на этот вопрос, как «потрогать» поле проясняет ещё одну важную особенность электрического поля — его векторный характер. И научиться «трогать» поле – довольно просто. Если у нас уже есть один точечный (ну или сферически-симметричный) электрический заряд, то мы можем догадываться, что он порождает/создаёт (а фактически имеет) вокруг себя элементарное сферически-симметричное электрическое поле. Назовём этот заряд, поле которого мы хотим «потрогать» – центральный заряд (ЦЗ).