Interferencja światła — doświadczenie Younga
Fizyka — Klasa 4 LO — rozszerzony — teoria, wzory, quizy i zadania do tego tematu.
📄Zadania z arkuszy 2
Prawdziwe zadania z arkuszy egzaminacyjnych (matura, egzamin ósmoklasisty, próbne) dotyczące tego tematu.
Interferometr Michelsona: światło z S dzieli płytka P na dwie wiązki (drogi S-P-Z₁-P-E i S-P-Z₂-P-E), które interferują na ekranie E. Michelson wyraził wzorzec metra jako $1\,553\,163{,}5$ długości fali światła lampy kadmowej.
Oceń prawdziwość (P/F): 1) zmiana długości fali światła nie wpływa na obraz interferencyjny; 2) cechą obrazu interferencyjnego jest obecność jasnych i ciemnych prążków; 3) obraz się zmieni, jeżeli odsuniemy zwierciadło Z₂; 4) obraz się zmieni, jeżeli odsuniemy źródło S.
Oblicz częstotliwość fali światła, którego Michelson użył do pomiarów. ($c=3\cdot10^8\,\tfrac{\text{m}}{\text{s}}$.)
📘Teoria 2
- Dyfrakcja: ugięcie fal przy przechodzeniu przez wąską szczelinę lub omijaniu przeszkody. Widoczna, gdy rozmiar przeszkody $\sim \lambda$.
- Interferencja: nakładanie się dwóch (lub więcej) spójnych fal tego samego rodzaju.
- Wzmocnienie (konstruktywne): różnica dróg $\delta = k\lambda$ ($k \in \mathbb{Z}$)
- Wygaszenie (destruktywne): $\delta = (2k+1)\dfrac{\lambda}{2}$
- Spójność: fale muszą mieć tę samą częstotliwość i stałą różnicę faz
Doświadczenie Younga (dwie szczeliny): $\Delta y = \dfrac{\lambda L}{d}$ — odległość prążków interferencyjnych.
Zjawisko
Nakładanie się fal świetlnych daje jasne i ciemne prążki.
Warunek jasnych prążków
Różnica dróg równa wielokrotności $\lambda$.
Wniosek
Doświadczenie potwierdza falową naturę światła.
∑Wzory 1
Do czego służy: opisuje położenie jasnych prążków w doświadczeniu Younga (dwie szczeliny). $d$ — odległość szczelin, $\theta$ — kąt, $n$ — rząd prążka (liczba całkowita), $\lambda$ — długość fali. Jasne prążki (wzmocnienie) pojawiają się, gdy różnica dróg jest wielokrotnością $\lambda$.
🧩Quizy 1
✍Zadania dodatkowe 12
Zadania ćwiczeniowe ze zbiorów Matematix — z rozwiązaniami krok po kroku.
Wyjaśnij, co udowodniło doświadczenie Younga i jak wygląda jego wynik na ekranie.
Dlaczego w jednych miejscach ekranu powstają prążki jasne, a w innych ciemne?
Dlaczego do obserwacji wyraźnych prążków interferencyjnych używa się światła laserowego?
Światło niespolaryzowane o natężeniu $I$ przechodzi przez polaryzator. Podaj natężenie światła po polaryzatorze.
Dwa polaryzatory ustawiono pod kątem $60^\circ$. Światło spolaryzowane o natężeniu $I_1$ pada na drugi z nich. Natężenie po przejściu wynosi:
Rozważamy zjawiska falowe światła. Oceń prawdziwość stwierdzeń.
- Zjawisko polaryzacji dowodzi poprzeczności fal świetlnych.
- Interferencja i dyfrakcja świadczą o falowej naturze światła.
- Falę dźwiękową rozchodzącą się w powietrzu można spolaryzować.
Oceń prawdziwość każdego stwierdzenia (P — prawda, F — fałsz) i wybierz odpowiedni układ.
W doświadczeniu Younga szczeliny są odległe o $0{,}2$ mm, a ekran znajduje się $2$ m od nich. Odległość sąsiednich jasnych prążków wynosi $6$ mm. Oblicz długość fali światła.
Na siatkę dyfrakcyjną o stałej $2\ \mu$m pada prostopadle światło o długości $500$ nm. Oblicz kąt ugięcia w pierwszym rzędzie oraz liczbę widocznych rzędów.
Światło niespolaryzowane o natężeniu $I_0$ przechodzi przez dwa polaryzatory o osiach pod kątem $30^\circ$. Oblicz natężenie światła po drugim polaryzatorze.
Trzy polaryzatory ustawiono kolejno: drugi pod kątem $45^\circ$ do pierwszego, trzeci pod kątem $90^\circ$ do pierwszego. Na układ pada światło niespolaryzowane o natężeniu $I_0$. Oblicz natężenie po trzecim polaryzatorze i wyjaśnij, dlaczego usunięcie środkowego polaryzatora wygasza światło.
W doświadczeniu Younga użyto światła o długości $600$ nm, a szczeliny odległe są o $0{,}25$ mm. Oblicz odległość między środkiem ekranu a trzecim jasnym prążkiem, jeżeli ekran jest oddalony o $1{,}5$ m.
Wykaż, że jeżeli natężenie światła po polaryzatorze zmalało dwukrotnie, to amplituda natężenia pola elektrycznego zmalała $\sqrt2$ razy, i podaj kąt między osiami polaryzatorów, dla którego tak się dzieje (światło padające jest spolaryzowane).