Optyka falowa — interferencja i dyfrakcja
Doświadczenie Younga, siatka dyfrakcyjna i filmy cienkie
Po tej lekcji będziesz umieć
Rozpoznawać warunki interferencji konstruktywnej i destruktywnej
Δ = kλ / (k+½)λ
Wyjaśniać rolę spójności fal
stała różnica faz
Obliczać położenia i odstępy prążków Younga
≈ kλL/d, Δy ≈ λL/d
Stosować równanie siatki dyfrakcyjnej
d·sinθ = kλ
Analizować dyfrakcję na pojedynczej szczelinie
a·sinθ = mλ
Interpretować interferencję w cienkich warstwach
2nt i zmiany fazy
Po co Ci to na maturze?
W zadaniach CKE często trzeba obliczyć odstęp prążków w doświadczeniu Younga, wyznaczyć długość fali z siatki dyfrakcyjnej albo określić, czy w danym punkcie powstanie maksimum, czy minimum.
Najważniejsza idea
Najważniejsza idea: Pojawiają się także pytania o wpływ szerokości szczeliny, długości fali i odległości ekranu na obraz dyfrakcyjny oraz o interferencję w cienkich warstwach.
Intuicja zjawiska
Gdy dwie fale docierają do punktu zgodnie w fazie, ich wychylenia się wzmacniają — powstaje jasny prążek. Gdy jedna dociera z przesunięciem o pół okresu, wygaszają się — powstaje prążek ciemny.
Jasny prążek
Fale w fazie (różnica dróg Δ = kλ) wzmacniają się.
Ciemny prążek
Fale w przeciwfazie (Δ = (k+½)λ) wygaszają się.
Dyfrakcja
Fala odgina się na otworze lub przeszkodzie o rozmiarze porównywalnym z λ; każdy fragment szczeliny to źródło wtórne.
Jeden mechanizm
Interferencja i dyfrakcja to różne układy geometryczne tego samego zjawiska superpozycji fal.
Wielkości i jednostki
Długość fali λ :: [m] :: długość jednego okresu przestrzennego Różnica dróg Δ :: [m] :: różnica długości dróg dwóch fal Odległość szczelin d :: [m] :: odstęp szczelin (Young) lub stała siatki Szerokość szczeliny a :: [m] :: rozmiar pojedynczej szczeliny Odl…
Modele i zasady
:rule Spójność i warunki interferencji Trwały obraz wymaga fal spójnych. Warunki Δ = kλ (maksimum) i Δ = (k+½)λ (minimum) zakładają zgodną fazę początkową źródeł.
Mapa optyki falowej
Przykład
Teoria: wzory i interpretacje
Interferencja (zgodna faza początkowa): \Delta = k\lambda\ (\text{maksimum}), \qquad \Delta = \left(k+\tfrac{1}{2}\right)\lambda\ (\text{minimum}) Doświadczenie Younga — dokładnie i w przybliżeniu małych kątów: d\sin\theta = k\lambda, \qquad y k \approx \fr…
Solver optyki falowej
:solver-opt-fal
Doświadczenie: interferencja w układzie Younga
Cel: sprawdzić zależność odstępu prążków od długości fali, odległości szczelin i odległości ekranu. Przyrządy: laser niskiej mocy, podwójna szczelina, ekran, ława optyczna, miarka.
Przykład
Przykład rozwiązany
Doświadczenie Younga: d = 0,2 mm = 2·10⁻⁴ m, L = 1 m, λ = 600 nm. Oblicz odstęp prążków i kąt θ dla k = 1.
Mini-praktyka CKE — przeanalizuj sam
-praktyka Young: λ = 500 nm, d = 0,5 mm, L = 2 m. Oblicz Δy.
Częste błędy
Interferencja wymaga dwóch różnych źródeł :: Nie — wymaga spójności (stała różnica faz). Dwie szczeliny z jednego źródła są spójne; dwie niezależne żarówki — niespójne (brak trwałego wzorca).
Powtórka w 30 sekund
interferencja wymaga spójności :: stała różnica faz maksimum: Δ = kλ :: minimum: Δ = (k+½)λ Young: Δy ≈ λL/d :: większe λ, L → szersze prążki siatka: d·sinθ = kλ :: k {\max} = ⌊d/λ⌋ szczelina: a·sinθ = mλ :: maksimum centralne najszersze filmy cienkie: waru…
Kluczowe pojęcia
Interferencja :: nakładanie fal prowadzące do wzmocnień (Δ = kλ) i wygaszeń (Δ = (k+½)λ) Spójność :: stała różnica faz między falami; warunek trwałego wzorca interferencyjnego Doświadczenie Younga :: interferencja z dwóch szczelin; y k ≈ kλL/d, Δy ≈ λL/d; p…
Sprawdź się i przećwicz
sub :: Optyka falowa to interferencja i dyfrakcja — sprawdź, czy pewnie liczysz odstęp prążków i stosujesz równanie siatki. sprawdzian :: Interferencja, Young, siatka i dyfrakcja na szczelinie :: 15 min zbior :: Zadania maturalne z rozwiązaniami krok po kr…
Powtórka do matury
Ten temat na maturze
Źródła, format CKE i materiały ZPE
men :: Fizyka ZR, dział: Optyka falowa. Zakres: interferencja, doświadczenie Younga, siatka dyfrakcyjna, dyfrakcja na szczelinie, zdolność rozdzielcza, filmy cienkie.
W tej lekcji
DOŚWIADCZENIE