Номер 1086, страница 143 - гдз по физике 10-11 класс задачник Рымкевич

1086. Для получения на экране $MN$ (рис. 120) интерференционной картины поместили источник света $S$ над поверхностью плоского зеркала $A$ на малом расстоянии от него. Объяснить причину возникновения системы когерентных световых волн.

Рис. 120

Решение

Интерференционная картина на экране MN возникает в результате сложения (интерференции) двух световых волн. Для наблюдения устойчивой интерференционной картины необходимо, чтобы складываемые волны были когерентными, то есть имели одинаковую частоту и постоянную во времени разность фаз.

В предложенной схеме, известной как опыт с зеркалом Ллойда, когерентные волны создаются следующим образом:

1. В любую точку на экране MN свет от источника S приходит по двум разным путям.

2. Первый путь — прямой. Свет распространяется от источника S прямо до точки на экране.

3. Второй путь — через отражение. Свет от источника S сначала отражается от поверхности плоского зеркала A, а затем попадает в ту же точку на экране.

4. Отраженные от зеркала лучи ведут себя так, как будто они исходят от мнимого источника S', который является зеркальным изображением реального источника S. Этот мнимый источник расположен за зеркалом на таком же расстоянии, что и реальный источник перед ним.

Таким образом, на экране происходит интерференция двух волн: волны от реального источника S и волны от его мнимого изображения S' (то есть отраженной волны).

Эти две волны когерентны, потому что они фактически созданы одним и тем же источником S. Это означает, что:

• Они имеют строго одинаковую частоту.
• Любые случайные изменения фазы колебаний в источнике S происходят одновременно и в прямой, и в отраженной волне. Вследствие этого разность фаз между двумя волнами в любой точке пространства остается постоянной во времени.

Стоит отметить, что при отражении света от оптически более плотной среды (зеркало по сравнению с воздухом) фаза волны меняется на $\pi$, что эквивалентно дополнительной разности хода в половину длины волны (${\lambda/2}$). Это является важной особенностью данного метода получения интерференции.

Ответ:

Система когерентных световых волн возникает потому, что интерферируют две волны, порожденные одним и тем же источником S. Одна волна приходит на экран напрямую от источника S, а вторая — после отражения от зеркала A. Отраженную волну можно рассматривать как идущую от мнимого источника S' (зеркального изображения S). Так как обе волны происходят от одного реального источника, они имеют одинаковую частоту и постоянную разность фаз, то есть являются когерентными.