Физика и астрономия · 10 клас · урок 1 от 2

Интерференция. Условия за максимум и минимум

Интерференцията е наслагване на кохерентни вълни, при което в някои точки те се усилват, а в други отслабват. Кохерентни са вълните с еднаква честота и постоянна фазова разлика. Томас Юнг пръв получава интерференция на светлината с два тесни процепа и така доказва, че светлината е вълна. Резултатът зависи от пътната разлика Δ: при цяло число дължини на вълната има максимум, а при нечетен брой половини дължини на вълната има минимум. Цветовете на сапунените мехури и петната от бензин се дължат на интерференция в тънки слоеве.

Работен лист за печат

Какво да запомним

  • Максимум: Δ = k·λ (k = 0, 1, 2, ...).
  • Минимум: Δ = (2k + 1)·λ/2.
  • Разстояние между ивиците в опита на Юнг: Δx = λ·L/d.
  • Кохерентни вълни: еднаква честота и постоянна фазова разлика.
  • Интерференцията не нарушава закона за запазване на енергията: тя само преразпределя енергията.

Пример

При λ = 500 nm, разстояние между процепите d = 0,25 mm и екран на L = 1 m разстоянието между ивиците е Δx = 5·10−7·1/2,5·10−4 = 2·10−3 m = 2 mm.

Проверете се: 30 въпроса

Натиснете въпроса, за да видите верния отговор и обяснението.

  1. Какво е интерференция на светлината?
    • Заобикаляне на препятствия от вълните
    • Наслагване на кохерентни вълни с устойчиво усилване и отслабване
    • Разлагане на бялата светлина на цветове
    • Поглъщане на светлината от веществото

    Отговор: Наслагване на кохерентни вълни

    В резултат се получава картина от светли и тъмни ивици (максимуми и минимуми).

  2. Кой учен пръв наблюдава интерференция на светлината с два тесни процепа в началото на XIX век?
    • Томас Юнг
    • Исак Нютон
    • Огюстен Френел
    • Макс Планк

    Отговор: Томас Юнг

    Опитът на Юнг е от 1801-1803 г.

  3. Защо светлината от две отделни лампи не дава устойчива интерференчна картина?
    • Лампите не са кохерентни източници
    • Лампите светят твърде слабо
    • Светлината от лампите е бяла
    • Лампите са твърде далеч една от друга

    Отговор: Не са кохерентни

    Фазовата разлика между вълните от различни лампи се мени хаотично.

  4. Как се получават кохерентни източници в опита на Юнг?
    • Използват се две еднакви лампи
    • Светлина от един източник се разделя от два близки процепа
    • Използват се две призми с различни цветове
    • Светлината се отразява от две различни огледала на различни места в стаята

    Отговор: Светлината от един източник минава през два процепа

    Двата процепа стават вторични източници с постоянна фазова разлика.

  5. Как се изменя разстоянието между интерференчните ивици, ако червената светлина се замени с виолетова (при същата постановка)?
    • Увеличава се
    • Не се изменя
    • Ивиците изчезват
    • Намалява

    Отговор: Намалява

    Разстоянието между ивиците е Δx = λL/d, а виолетовата светлина има по-малка λ.

  6. Какво се наблюдава на екрана при опита на Юнг с два процепа?
    • Една светла точка
    • Редуващи се светли и тъмни ивици
    • Равномерно осветен екран
    • Пълна тъмнина

    Отговор: Редуващи се светли и тъмни ивици

    Вълните от двата процепа се наслагват и дават редуващи се максимуми и минимуми.

  7. Кои вълни се наричат кохерентни?
    • Вълни с различни честоти
    • Вълни с еднаква амплитуда и различни честоти
    • Вълни с еднаква честота и постоянна фазова разлика
    • Всякакви светлинни вълни

    Отговор: Вълни с еднаква честота и постоянна фазова разлика

    Само кохерентните вълни дават устойчива във времето интерференчна картина.

  8. Какво доказва интерференцията на светлината?
    • Че светлината е поток от електрони
    • Че светлината има маса
    • Корпускулярната природа на светлината
    • Вълновата природа на светлината

    Отговор: Вълновата природа на светлината

    Наслагване с гасене е характерно за вълните; частиците не могат да се „гасят“.

  9. Какво се вижда в центъра на картината при опита на Юнг с бяла светлина?
    • Тъмна ивица
    • Бяла ивица, а встрани цветни ивици
    • Само червена ивица
    • Само виолетова ивица

    Отговор: Бяла ивица, а встрани цветни ивици

    В центъра пътната разлика е нула за всички цветове, затова е бяла ивица; встрани максимумите на различните цветове се разминават.

  10. Нарушава ли се законът за запазване на енергията, щом в интерференчните минимуми няма светлина?
    • Не, енергията се преразпределя към максимумите
    • Да, енергията изчезва
    • Да, енергията се превръща в маса
    • Не, защото в минимумите светлината е невидима, но я има

    Отговор: Не, енергията се преразпределя към максимумите

    В максимумите интензитетът е по-голям от сбора на двете вълни; средно енергията се запазва.

  11. При каква пътна разлика между две кохерентни вълни се получава интерференчен минимум?
    • Цял брой дължини на вълната
    • Нула
    • Нечетен брой половинки дължини на вълната
    • Произволна

    Отговор: Δ = (2k + 1)λ/2

    Тогава вълните пристигат в противофаза и се отслабват.

  12. Пътната разлика на две кохерентни вълни с λ = 500 nm е 1,5 μm. Какво се наблюдава в тази точка?
    • Минимум
    • Нито максимум, нито минимум
    • Максимум
    • Зависи от амплитудите

    Отговор: Максимум

    Δ/λ = 1,5 μm/0,5 μm = 3, цял брой дължини на вълната.

  13. Пътната разлика на две кохерентни вълни с λ = 500 nm е 1,25 μm. Какво се наблюдава?
    • Максимум
    • Нито максимум, нито минимум
    • Минимум
    • Двойно по-ярък максимум

    Отговор: Минимум

    Δ/λ = 2,5, т.е. пет половинки дължини на вълната.

  14. В опит на Юнг d = 0,5 mm, екранът е на L = 2 m, λ = 600 nm. Колко е разстоянието между съседни светли ивици?
    • 0,24 mm
    • 2,4 mm
    • 24 mm
    • 1,2 mm

    Отговор: 2,4 mm

    Δx = λL/d = 6·10−7·2/5·10−4 = 2,4·10−3 m.

  15. Две еднакви кохерентни вълни се наслагват в максимум. Колко пъти интензитетът там е по-голям от интензитета на една вълна?
    • 4 пъти
    • 2 пъти
    • √2 пъти
    • Не се изменя

    Отговор: 4 пъти

    Амплитудата се удвоява, а интензитетът е пропорционален на квадрата на амплитудата.

  16. Как се нарича разликата в разстоянията, които изминават две вълни до дадена точка?
    • Фаза
    • Амплитуда
    • Пътна разлика
    • Период

    Отговор: Пътна разлика

    Пътната разлика Δ = r2 − r1 определя дали в точката има максимум или минимум.

  17. Какво се случва, когато две еднакви вълни се наслагват в противофаза?
    • Усилват се двойно
    • Взаимно се гасят
    • Удвоява се честотата
    • Нищо не се променя

    Отговор: Взаимно се гасят

    Гребенът на едната вълна съвпада с дъното на другата и отклоненията се компенсират.

  18. На каква фазова разлика съответства пътна разлика λ/2?
    • π/2
    • 2π
    • π/4
    • π (180°)

    Отговор: π (180°)

    Пътна разлика λ съответства на 2π, затова λ/2 съответства на π.

  19. Две кохерентни вълни с амплитуди 3 cm и 1 cm се наслагват. Каква е амплитудата в максимум и в минимум?
    • 4 cm и 0
    • 3 cm и 1 cm
    • 4 cm и 2 cm
    • 2 cm и 0

    Отговор: 4 cm и 2 cm

    В максимум амплитудите се събират (3 + 1 = 4 cm), а в минимум се изваждат (3 − 1 = 2 cm).

  20. В точка от екрана пътната разлика е 2 μm. Светлина с кои дължини на вълната от видимата област дава максимум там?
    • ≈ 667 nm, 500 nm и 400 nm
    • Само 500 nm
    • ≈ 667 nm и 400 nm
    • 700 nm и 350 nm

    Отговор: ≈ 667 nm, 500 nm и 400 nm

    Максимум има при Δ = kλ: λ = 2 μm/k; за k = 3, 4, 5 получаваме ≈ 667, 500 и 400 nm.

  21. Защо сапунените мехури са шарени?
    • Поради дисперсия в сапуна
    • Защото сапунът е оцветен
    • Поради интерференция на светлината, отразена от двете повърхности на тънкия слой
    • Поради топлинно излъчване на мехура

    Отговор: Интерференция в тънък слой

    Вълните, отразени от външната и вътрешната повърхност, се наслагват.

  22. Какво е „просветляване“ на оптиката на фотоапарати и очила?
    • Боядисване на лещите в бяло
    • Тънко покритие, което намалява отражението чрез интерференция
    • Полиране до огледален блясък
    • Затъмняване на лещите на слънце

    Отговор: Тънко покритие срещу отражения

    Отразените от двете страни на слоя вълни се гасят и повече светлина преминава.

  23. Кое явление обяснява цветните петна от разлят бензин върху мокър асфалт?
    • Интерференция в тънък слой
    • Дисперсия в призма
    • Дифракция от решетка
    • Пълно вътрешно отражение

    Отговор: Интерференция в тънък слой

    Бензинът образува тънък слой върху водата.

  24. Защо при бяла светлина различни места на мехура имат различни цветове?
    • Сапунът има различни цветове на различни места
    • Различните места излъчват различна светлина
    • Мехурът се върти
    • Дебелината на слоя е различна и максимумът се получава за различни дължини на вълната

    Отговор: Различна дебелина на слоя

    Условието за максимум зависи от дебелината и от λ.

  25. Каква е най-малката дебелина на просветляващ слой (n = 1,38), за да гаси отражението при λ = 550 nm?
    • ≈ 200 nm
    • ≈ 138 nm
    • 550 nm
    • ≈ 100 nm

    Отговор: ≈ 100 nm

    Двойният път в слоя трябва да е λ/2 в средата: d = λ/(4n) = 550/(4·1,38) ≈ 100 nm.

  26. На какво се дължат преливащите сини цветове на крилата на пеперудата морфо?
    • На син пигмент
    • На интерференция в тънки слоеве на люспите
    • На отражение от вода
    • На флуоресценция

    Отговор: На интерференция в тънки слоеве на люспите

    Люспите на крилата имат микроскопични слоеве, в които светлината интерферира; затова цветът се мени с ъгъла на гледане.

  27. Кои вълни интерферират при тънък слой (например сапунен филм)?
    • Падащата и пречупената вълна
    • Вълни от два различни източника
    • Отразените от горната и от долната повърхност на слоя
    • Вълните, минали през два процепа

    Отговор: Отразените от горната и от долната повърхност на слоя

    Част от светлината се отразява от горната повърхност, а част от долната; тези две вълни са кохерентни.

  28. На какво се дължат пръстените на Нютон?
    • На интерференция в тънкия въздушен слой между леща и стъклена пластина
    • На дисперсия в лещата
    • На дифракция от ръба на лещата
    • На отражение от огледало

    Отговор: На интерференция в тънкия въздушен слой между леща и стъклена пластина

    Дебелината на въздушния слой расте от центъра навън, затова местата с еднаква пътна разлика образуват пръстени.

  29. Защо дебел слой (например прозоречно стъкло) не дава цветни интерференчни ивици при бяла светлина?
    • Стъклото не отразява светлина
    • Стъклото поглъща всички цветове
    • Стъклото е непрозрачно
    • Пътната разлика е твърде голяма и картините за различните цветове се сливат

    Отговор: Пътната разлика е твърде голяма и картините за различните цветове се сливат

    При голяма дебелина максимумите на различните дължини на вълната се застъпват и окото вижда бяла светлина.

  30. Сапунен филм изглежда тъмен в отразена светлина точно преди да се спука. Защо?
    • Филмът е станал непрозрачен
    • Дебелината е много по-малка от λ, а едното отражение обръща фазата и двете вълни се гасят
    • Сапунът поглъща цялата светлина
    • Филмът е станал много дебел

    Отговор: Дебелината е много по-малка от λ, а едното отражение обръща фазата и двете вълни се гасят

    Отражението от горната повърхност (към по-плътна среда) обръща фазата с π, а пътната разлика е почти нула, затова отразените вълни се гасят.