Урок 49

Урок 49
Тема: « Электромагнитная природа света. Интерференция света»
Цель урока: познакомить обучающихся с понятием интерференции, показать
возможность использования интерференции света в современной науке и технике;
сформировать у обучающихся представление о свете как электромагнитной волне.
Ход урока
I. Проверка домашнего задания, повторение
1. Решение задачи № 1из упражнения 42.
Период колебаний зарядов в антенне, излучающей радиоволну, равен 10 -7с. Определите
частоту этой радиоволны.
Дано:
Решение:
-7
Т = 10 с
1
1
  = 7 = 107 Гц.
ν -?
Т 10
Ответ: 107 Гц
Решение задачи №2
В 1896 году русский ученый А.С.Попов с помощью сконструированных им передатчика и
приемника радиосигналов передал первую в мире радиограмму, состоящую из двух слов:
«Генрих Герц». На какое расстояние была передана эта радиограмма, если расстояние от
передатчика до приемника радиосигналы преодолели приблизительно за 8,3∙10-7с7
Дано:
Решение:
t = 8,3 ∙10-7с
S = ct = 3 ∙ 108м/с ∙ 8,3 ∙10-7с = 24,9 ∙ 10 = 249 м.
c = 3 ∙ 108м/с
Ответ: 249м
S -?
Решение задачи №3
На какой частоте суда передают сигнал бедствия SOS, если по международному
соглашению длина радиоволны должна быть 600м?
Дано:
Решение:
8
λ= 600м
с 3  10 м / с
 
 5  10 5 Гц
c = 3 ∙ 108м/с

600 м
S -?
Ответ: 5∙105Гц
2. Какие выводы относительно электромагнитных волн вытекали из теории Максвелла?
3. Какие физические величины периодически меняются в электромагнитной волне?
4. Какие отношения между длиной волны, ее скоростью, периодом и частотой колебаний
справедливы для электромагнитных волн?
5. При каком условии волна будет достаточно интенсивной для того, чтобы ее можно
было зарегистрировать?
6. Когда и кем были впервые получены электромагнитные волны?
7. Приведите примеры применения электромагнитных волн.
II. Изучение нового материала.
ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ СВЕТА, пространственное перераспределение энергии светового
излучения при наложении двух или нескольких световых волн, т.е. - сложение в
пространстве волн, при котором образуется постоянное во времени распределение
амплитуд результирующих колебаний, называется интерференцией.
Интерференция света наблюдается на экране или иной поверхности в виде характерного
чередования светлых и темных полос или пятен (для монохроматического света) или
окрашенных участков — для белого света. Для образования устойчивой
интерференционной картины необходимо, чтобы источники волн имели одинаковую
частоту и разность фаз их колебаний была одинакова. Источники, удовлетворяющие этим
параметрам, называются когерентными. Когерентными называют и созданные ими волны.
Только при сложении когерентных волн образуется устойчивая интерференционная
картина.
Интерференция волн на поверхности воды,
возбуждаемых в двух точках.
Сложение двух гармонических колебаний
(пунктир) с амплитудами при различных разностях фаз (1, 2).
Результирующее колебание — сплошная линия.
КОГЕРЕНТНОСТЬ (от лат. cohaerens — находящийся в связи), согласованное протекание
во времени нескольких колебательных или волновых процессов. Если разность фаз 2
колебаний остается постоянной во времени или меняется по строго определенному
закону, то колебания называются когерентными. Колебания, у которых разность фаз
изменяется беспорядочно и быстро по сравнению с их периодом, называются
некогерентными.
В 1802 году английский ученый Томас Юнг (1773-1829) один из основоположников
волновой теории света сформулировал принцип интерференции. Томас Юнг поставил
опыт по сложению пучков света от двух источников, в результате получил не
меняющуюся во времени картину, состоящую из чередующих полос светлых и темных.
Томас Юнг первым пришел к мысли о возможности объяснения цветов на поверхности
мыльной пленки. Результат интерференции (усиление или ослабление результирующих
колебаний) зависит от угла падения света и толщины пленки. Когерентность волн,
отраженных от наружной и внутренней поверхностей пленки, обеспечивается тем, что
они являются частями одного и того же светового пучка.
Различие связано с различием длины волны. Явление интерференции не только
доказывает наличие у света волновых свойств, но и позволяет измерить длину волны.
Применение интерференции: проверка качества обработки поверхностей до одной
десятой, определяется по искривлению интерференционных полос; для точного измерения
преломления газов и других веществ, длин световых волн; просветление оптики.
В XVII веке почти все одновременно начали свое существование совершенно различные
теории о том, что такое свет, и какова его природа.
СВЕТ, в узком смысле — электромагнитные волны в интервале частот, воспринимаемых
человеческим глазом (4,0Ч1014—7,5Ч1014 Гц). Длина волн от 760 нм (красный) до 380 нм
(фиолетовый). В широком смысле — то же, что и оптическое излучение.
Ньютон придерживался корпускулярной теории, согласно которой свет – это поток
частиц, идущих от источника во все стороны. Гюйгенс утверждал, что свет – это волны,
распространяющиеся в особой среде – светоносном эфире, заполняющим пространство и
проникающим во внутрь тела, всех тел. Обе эти теории существовали параллельно. Ни
одна из них не могла одержать решительную победу.
Такое неопределенное положение относительно природы свет длилось до начала XIX
века, когда были изучены явления интерференции и дифракции (огибание светом
препятствий). Эти явления присущи только волновому движению. Работами Максвелла
были заложены основы электромагнитной теории света. В основе электромагнитной
теории света лежит факт совпадения скорости света со скоростью распространения
электромагнитных волн. Из теории Максвелла вытекает, что электромагнитные волны
являются поперечными. К тому времени поперечность световых волн уже была доказана
экспериментально.
Поэтому
Максвелл
обосновано
считал
поперечность
электромагнитных волн еще одним важным доказательством справедливости
электромагнитной теории света. После экспериментов Герца теория света получила
первое экспериментальное подтверждение. Было доказано, что электромагнитные волны
при своем распространении обнаруживают те же свойства, что и световые: отражение,
преломление, интерференцию, поляризацию. Световые волны – это электромагнитные
волны. В электромагнитной волне векторы Е и В перпендикулярны друг другу. В
естественном свете колебания напряженности электрического поля Е и магнитной
индукции В происходят по всем направлениям, перпендикулярным направлению
распространения волны.
Однако в начале XX века оказалось, что при излучении и поглощении свет ведет себя
подобно потоку частиц. Были обнаружены квантовые свойства света. Свет имеет
корпускулярно-волновые свойства. Квантовые и волновые свойства не исключают друг
друга, а дополняют. Волновые свойства ярче проявляются при малых частотах и менее
ярко при больших. Частицы электромагнитного излучения называются фотонами или
квантами.
III. Вопросы на закрепление
1.
В виде каких волн ученые представляли себе свет в начале XIX века?
2.
Чем была вызвана необходимость выдвижения гипотезы о существовании
светоносного эфира?
3.
Какие предположения о природе света было сделано Максвеллом? Какие общие
свойства света и электромагнитных волн явились основание для такого предположения?
4.
Как называется частица электромагнитного излучения?
5.
В чем заключается суть опыта Юнга, что этот опыт доказывает и когда поставлен?
6.
Что можно сказать о частоте (или длине волны) световых волн различных цветов?
7.
Можно ли измерить расстояние между Землей и Луной с помощью звуковой или
ультразвуковой волны? Нет, звуковые волны не распространяются в вакууме.
8. По графику, изображенному на рисунке 1, определите амплитуду силы тока, период и
частоту.
Рисунок 1
Рисунок 2
В катушке с током существует магнитное поле, которое меняется в соответствии с
изменением тока, график на рисунке 2. В какие промежутки времени около торца
катушки можно обнаружить не только магнитное, но и электрическое поле? Ответ: в
любой промежуток времени, т.к. переменное магнитное поле порождает переменное
электрическое.
IV. Домашнее задание
1. Прочитать § 53 и выучить § 54
2. Ответить на вопросы к параграфам.