свет от двух электрических лампочек не интерферирует. Значит, это
независимые друг от друга источники света и световые волны, излучаемые ими,
некогерентны.
Для получения когерентных волн надо излучение от одного источника света
каким-либо способом раздвоить и затем свести в одно место. Один из способов
состоит в применении бипризмы. В ней свет, предположим, от точечного
источника S преломляется двумя призмами в разных направлениях и собирается
в одном месте на экране (рис 11.). Два преломленных пучка света являются
расходящимися и будто бы выходят из мнимых источников света S1 и S2. Они
когерентны, так как являются изображениями одного и того же источника S.
Можно воспользоваться аналогией. Пусть перед зеркалом колеблется пружинный
маятник. Очевидно, что колебания изображения в зеркале будут идти в такт с
колебаниями самого маятника. Если в каком-нибудь положении, когда шарик
двигался вниз, остановить его и заставить двигаться в противоположном
направлении, то изображение в зеркале будет двигаться тоже вверх.
Аналогичное явление имеет место в когерентных источниках света. Источник
состоит из множества излучающих атомов. Колебаниям электрона в каждом из
них соответствуют точно такие же колебания в когерентном источнике.
Объясняется, в каких местах интерференционной картины будут максимумы и
минимумы света (рис.9.). Записывается разность хода двух лучей и условия
усиления и ослабления света. При
[pic]
образуется светлая полоса. При
[pic]
темная полоса; здесь n=0, 1, 2, 3…
Если разность хода равна [pic], то волны приходят в одинаковых фазах, если
же [pic], то в противоположных фазах. Наконец следует подчеркнуть, что
областью интерференции будет всё пространство, в котором волны
накладываются друг на друга. Поэтому экран можно поставить в любое место
этой области, пересекая продольную ось всей установки.
Остается показать, как определяется длина световой волны. На одной и той же
установке, т.е. при неизменных расстояниях от экрана до источника света и
между мнимыми его изображениями, величина промежутка b между соседними
темными (или светлыми) полосами интерференции зависит лишь от цвета лучей,
т.е. от длины волны (. Значит, ( b.
Таким образом, второй важный вывод из опытов по интерференции должен
состоять в том, что это явление позволяет измерить длину световой волны.
Из-за недостатка учебного времени можно не выводить формулу для вычисления
длины волны. Важно разъяснить лишь метод измерения (. Напоминается порядок
расположения цветов в призматическом спектре и указывается, что длина волны
убывает в нем от красного участка к фиолетовому.
Пользуясь этими сведениями, можно дать понятие об однородном свете как о
свете с одной частотой колебаний и неизменной амплитудой.
Следует указать, что по длине волны или частоте можно определить цветность
светового пучка, но по цвету пучка нельзя судить о длине волны. Кроме того,
по цвету трудно отличить в спектре два его участка, длины волн которых
разнятся между собой на несколько миллимикрон. Даже самая узкая область
спектра состоит из излучения различных частот.
Затем можно поставить опыт по интерференции с бипризмой Френеля в белом
свете. Обращается внимание на характер интерференционной картины:
центральная полоса всегда белая; по обе стороны от неё – темные полосы;
затем цветные полосы максимумов света, разделенные темными промежутками;
последовательность расположения цветных полос – от фиолетового к красному,
причем первая ближе к центральной белой полосе.
Объясняется, почему центральная светлая полоса белая, а другие максимумы
цветные. В центр экрана (см.рис.11) от точек S1 и S2 колебания приходят в
одинаковой фазе. Поэтому все колебания равных частот усиливают друг друга,
а от смешения всех спектральных цветов получается белая полоса.
В точку А приходят колебания с разностью хода S2A-S1A=S2N, которая для
фиолетового света может оказаться равной четному числу полуволн, а для
других длин волн – нет. В другой точке экрана это условие может
удовлетворяться для красного света. Поэтому в А наблюдается фиолетовая
полоса, а в другом месте – красная.
Желательно рассмотреть ещё один частный случай интерференции – цвета тонких
пленок – и провести следующие самостоятельные наблюдения учащихся на уроке.
Дифракция света
Принцип Гюйгенса-Френеля рассматривается до изучения дифракции.
Предлагается познакомить учащихся с этим принципом лишь в связи с
объяснением дифракционных явлений; поэтому здесь он приобретает служебную
роль. Изучение геометрической оптики, например явлений отражения и
преломления света на основе принципа Гюйгенса программа по физике для
средней школы не предусматривает.
Вначале рекомендуется поставить опыты с водяными волнами, демонстрирующие
дифракцию на малых экранах, а затем на малых отверстиях. Опыты с плоскими
волнами ставятся в таком порядке:
. Размеры экрана велики – за экраном наблюдается резкая область
геометрической тени;
. Размеры экрана во много раз меньше – наблюдается дифракция волн.
. Размеры отверстия велики – наблюдается резкая область тени;
. Размеры отверстия малы – наблюдается загибание волн в область
геометрической тени;
Обращается внимание, что позади экрана в центре дифракционной картины
образуется светлая точка, окруженная системой темных и светлых колец и
заходящая в область геометрической тени. В случае отверстия центр
дифракционных колец может быть светлым или темным в зависимости от
расстояния до отверстия. При перемещении к нему центр экрана
последовательно становится светлым и темным.
Желательно подчеркнуть, что дифракция получается и от больших экранов, но в
этом случае она образуется далеко за ними и интенсивность света на больших
расстояниях бывает недостаточной. Остается объяснить, как образуется
явление дифракции в области геометрической тени и там, где, казалось, можно
было бы ожидать равномерную освещенность.
Этот случай легко разъяснить с качественной стороны, пользуясь принципом
Гюйгенса-Френеля.
На волновой ванне с помощью параллельных вибраторов, насажанных на одну
стальную пластинку, получается несколько систем круговых волн. В проекции
на экране видно, как образуется волновая поверхность, огибающая все
круговые волны одинаковых радиусов. Явление желательно рассмотреть при
помощи стробоскопа.
Разъясняется, что точка фронта световой волны в любой момент времени
находятся в одинаковых фазах и сами являются источниками вторичных волн.
Желая узнать, как дальше распространится фронт волны, из каждой её точки
надо провести окружности одинаковых радиусов R=ct, изображающие вторичные
волны; здесь с – скорость света; а R – расстояние, на которое он
распространяется за время t. Огибающая их поверхность и является новым
фронтом волны. Линии, перпендикулярные к этому фронту, совпадают с
направлением распространения света.
Френель показал, что вторичные волны, интерферируя, гасят друг друга и свет
обнаруживается лишь на огибающей поверхности. Поэтому фронт световой волны
движется только вперед.
На доске вычерчивается график (рис 12.), на котором с помощью принципа
Гюйгенса-Френеля поясняется причина загибания света в область
геометрической тени и появление темных мест там, где по законам
геометрической оптики должен быть свет.
Пусть плоская волна PQ падает на экран АВ (см.рис.12). Часть этой волны
задерживается экраном, другая часть будет распространяться в том же
направлении. Плоские волны изображены на рисунке сплошными штриховыми
линиями. Точки на этих линиях колеблются в противоположных фазах.
Точки А и В плоской волны являются центрами вторичных волн,
распространяющихся за малым экраном во всех направлениях. Они показаны
концентрическими окружностями. За экраном, где фазы колебаний точек
одинаковы, колебания усиливаются (например, в D, C, E), а если
противоположны, то гасят друг друга (например, в K, L, M, N).
Заключение.
Курс физики средней школы нуждается в методическом пересмотре в
соответствии с современными физическими воззрениями. Это осуществляется
двумя путями параллельно.
Во-первых, вопросы классической физики в школьном курсе излагаются с учетом
достижений новой физики, что обеспечивает более современную их трактовку и
разъяснение природы и механизмов многих физических явлений и процессов и
явлений. При этом идеи новой физики не становятся придатком к существующему
курсу, а проходят через все его изложение.
Во-вторых, школьный курс обновляется сведениями, добытыми наукой в нашем
веке.
Эти два пути совершенствования школьного курса физики взаимосвязаны и
принципиально неотделимы друг от друга.
За последние годы многие вопросы курса подверглись такому методическому
пересмотру. Однако менее других это коснулось раздела оптики в целом. Между
тем роль физической оптики в современной физике огромна. Создание
электродинамики, электронной теории, теории относительности, квантовой
механики и атомной физики непосредственно было связано с изучением
оптических явлений.
Без преувеличения можно сказать, что физическая оптика неразрывно связана с
новой физикой. От создания новой методики изучения оптики в школе во многом
зависит повышение уровня всего курса физики.
Используемая литература
1. Л.И. Резников «методика преподавания физики в средней школе», М.1963.
2. Л.И. Резников « физическая оптика в средней школе», М.1971.
3. Соколов И.И. «методика преподавания физики в средней школе»,Учпедгиз,
1959
Содержание
Введение
Методика изучения темы «отражение и преломление света
. Зеркала
2. Преломление света. Линзы.
. Преломление света.
. Линзы.
Методика изучения темы “волновые свойства света”.
. Интерференция света
. Дифракция света
-----------------------
[1] При отсутствии диафрагмы или оправы периметр самой линзы является такой
«оправой». Линза вырезает из общего светового потока лишь ту часть, которую
она затем собирает или рассеивает.
[2] А.П. Кузьмин, А.А. Покровский, Опыты по физике с проекционной
аппаратурой, М., Учпедгиз, 1962.
-----------------------
[pic]
Рис.2. Изображение предмета в плоском зеркале
11-41-область видения всего изображения предмета
11-21-область видения изображения острия стрелки
31-41-область видения изображения другого конца стрелки
Рис.5 Ход лучей в поворотной (а), оборотной (б), и обращающей (в) призмах
Рис. 4 определение показателя преломления воды по способу полного
отражения:
[pic]
в) Обращающая призма
б) Оборотная призма
а) Поворотнаяпризма
