Интерференция и дифракция

Тема Волновые явления. Характеристики волн Интерференция, дифракция и поляризация механических волн

Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:

1) Механическая волна; поперечная волна; продольная волна;

2) скорость волны; длина волны;

3) звуковая волна; громкость звука; высота тона; тембр;

4) отражение; преломление; поглощение; интерференция; дифракция;

5) поляризация механических волн; когерентные источники.

Глоссарий по теме

Механическая волна – возмущение, распространяющееся в пространстве с течением времени.

Длина волны - наименьшее расстояние между частицами, совершающими колебание с одинаковой фазой.

Волновая поверхность - волна, фронт которой имеет форму плоскости.

Фронт волны - это поверхность, до которой дошли колебания к данному моменту времени.

Громкость звука - субъективное восприятие силы звука, зависит от амплитуды.

Высота тона - качество звука, зависящее от частоты колебаний голосовых связок в единицу времени.

Тембр - характерная окраска звука.

Поглощение - превращение энергии волны в др. виды энергии в результате её взаимодействия с др. волнами или со средой, в которой она распространяется.

Интерференция - взаимное увеличение или уменьшение результирующей амплитуды двух или нескольких когерентных волн при их наложении друг на друга.

Дифракция - явление огибания волнами препятствий.

Когерентные источники – такие источники, которые обеспечивают постоянную во времени разность фаз слагаемых волн в различных точках.

Основная и дополнительная литература по теме урока:

Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Чаругин В.М. Физика.11 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.:

Основное содержание урока

Волна - процесс распространения колебаний с течением времени.

Механическая волна переносит энергию, но не переносит вещество.

Волны, в которых частицы среды во время колебаний сдвигаются в направлении, перпендикулярном направлению распространения волны, называются поперечными.

Волны, в которых частицы среды во время колебаний сдвигаются вдоль направления распространения волны, называются продольными.

Продольные волны могут распространяться в любой среде.

Частоту колебаний каждой точки среды называют частотой волны .

Величину, обратную частоте, называют периодом волны:

Длина волны это расстояние между двумя ближайшими точками, которые колеблются в одной фазе.

Расстояние, на которое распространяются колебания за время одного периода, называется длиной волны.

скорость волны для определенной среды

Эту формулу называют формулой волны.

Механические колебания с частотой от17 до 20 000 Гц называются звуковыми.

Интерференция и дифракция

В физике интерференция - это явление, при котором две волны накладываются друг на друга, образуя волну большей или меньшей амплитуды.

Конструктивные помехи возникают, когда разность фаз между волнами кратна 2π, тогда как деструктивные помехи возникают, когда разность π, 3π, 5π и т. Д.

Дифракция относится к различным явлениям, которые возникают, когда волна сталкивается с препятствием. В классической физике явление дифракции описывается как видимое изгибание волн вокруг небольших препятствий и распространение волн мимо небольших отверстий.

Условия

· Помехи. Эффект, вызванный суперпозицией двух систем волн, например, искажение сигнала вещания из-за атмосферных или других воздействий.

· амплитуда - максимальное абсолютное значение некоторой величины, которая изменяется.

· дифракция: разрушение электромагнитной волны при прохождении геометрической структуры (например, щели) с последующим восстановлением волны по интерференции.

Интерференция обычно относится к взаимодействию волн, которые коррелированы или когерентны друг с другом, либо потому, что они приходят от одного и того же источника, либо потому, что они имеют одинаковую (или почти одинаковую) частоту. Эффекты помех могут наблюдаться со всеми типами волн, включая световые, радио, акустические и поверхностные волны воды. В химии применение интерференции к свету наиболее актуально для изучения материи.

Механизм вмешательства

Принцип суперпозиции волн гласит, что, когда две или более волн падают на одну и ту же точку, полное смещение в этой точке равно векторной сумме смещений отдельных волн. Если гребень волны встречает гребень другой волны той же частоты в той же точке, то величина смещения является суммой отдельных величин; это известно, как конструктивное вмешательство. Если гребень одной волны встречает впадину другой волны, то величина смещений равна разнице в отдельных величинах; это известно, как разрушительное вмешательство.

Интерференция двух волн - эти два примера представляют собой конструктивное и деструктивное вмешательство в волновых явлениях.

Конструктивные помехи возникают, когда разность фаз между волнами кратна 2π, тогда как деструктивные помехи возникают, когда разность составляет π, 3π, 5π и т. Д. Если разность фаз является промежуточной между этими двумя крайностями, то величина смещение суммированных волн лежит между минимальным и максимальным значениями.

Рассмотрим, например, что происходит, когда два одинаковых камня сбрасывают в неподвижную лужу воды в разных местах. Каждый камень генерирует круговую волну, распространяющуюся наружу от точки падения камня. Когда две волны перекрываются, суммарное смещение в конкретной точке является суммой смещений отдельных волн. В некоторых точках они будут в фазе и приведут к максимальному смещению. В других местах волны будут в противофазе, и в этих точках не будет никакого чистого смещения. Таким образом, части поверхности будут стационарными.

Два источника помех Эффект двух волн, мешающих друг другу, например, два камня, брошенные в лужу воды.

Дифракция

Дифракция относится к различным явлениям, которые возникают, когда волна сталкивается с препятствием. В классической физике явление дифракции описывается как видимое изгибание волн вокруг небольших препятствий и распространение волн мимо небольших отверстий. Подобные эффекты возникают, когда световые волны проходят через среду с переменным показателем преломления или звуковую волну через среду с переменным акустическим сопротивлением. Дифракция происходит со всеми волнами, включая звуковые волны, волны воды и электромагнитные волны, такие как видимый свет, рентгеновские лучи и радиоволны. Поскольку физические объекты обладают волнообразными свойствами (на атомном уровне), дифракция также происходит с веществом и может быть изучена в соответствии с принципами квантовой механики. Итальянский ученый Франческо Мария Гримальди придумал слово дифракция, чтобы записать точные наблюдения этого явления в 1665 году.

пример дифракции

Эффекты дифракции часто наблюдаются в повседневной жизни. Наиболее яркими примерами дифракции являются те, которые включают свет; например, близко расположенные дорожки на CD или DVD действуют как дифракционная решетка, образуя знакомый узор радуги, наблюдаемый при взгляде на диск. Этот принцип может быть расширен, чтобы создать решетку со структурой, которая будет производить любую желаемую дифракционную картину; Голограмма на кредитной карте является примером. Дифракция в атмосфере от мелких частиц может привести к тому, что яркое кольцо будет видно вокруг источника яркого света, такого как солнце или луна. Тень твердого объекта, используя свет от компактного источника, показывает небольшие полосы около его краев. Все эти эффекты происходят потому, что свет распространяется как волна.

Ричард Фейнман сказал: «Никто никогда не мог удовлетворительно определить разницу между интерференцией и дифракцией. Это просто вопрос использования, и между ними нет особой, важной физической разницы».