Номер 9, страница 142, часть 1 - гдз по физике 11 класс учебник Башарулы, Шункеев

9. При освещении пленки монохроматическим светом в одних местах видны светлые пятна, а в других - темные. Чем это можно объяснить?

9. Наблюдаемая картина из светлых и темных пятен является результатом явления интерференции света. Это явление возникает при наложении двух или более когерентных световых волн.

Когда монохроматический свет (свет одной определенной длины волны $\lambda$) падает на тонкую пленку (например, мыльный пузырь или масляное пятно на воде), происходят следующие процессы:

1. Часть света отражается от верхней поверхности пленки (граница раздела среда 1 - пленка).
2. Другая часть света преломляется, входит в пленку, доходит до ее нижней поверхности (граница пленка - среда 2) и отражается от нее.
3. Эта вторая отраженная волна, пройдя обратно через пленку, выходит наружу и также попадает в глаз наблюдателя.

Таким образом, в глаз наблюдателя попадают две световые волны, идущие от одного источника, а значит, они когерентны и могут интерферировать. Результат интерференции (усиление или ослабление света) зависит от разности фаз между этими двумя волнами, которая, в свою очередь, определяется оптической разностью хода.

Оптическая разность хода $\Delta$ зависит от:

• Толщины пленки $d$ в данной точке. Волна, отраженная от нижней границы, проходит дополнительный путь, примерно равный удвоенной толщине пленки $2d$. С учетом показателя преломления пленки $n$, этот путь составляет $2nd$.
• Потери полуволны при отражении. При отражении света от оптически более плотной среды (например, от пленки, если она находится в воздухе) фаза волны меняется на $\pi$, что эквивалентно дополнительной разности хода в половину длины волны ($\lambda/2$).

В результате возникают условия для максимумов (светлые пятна) и минимумов (темные пятна) интерференции.

Светлые пятна (усиление света):

Наблюдаются в тех местах, где толщина пленки $d$ такова, что отраженные волны приходят в одинаковой фазе (конструктивная интерференция). Для пленки в воздухе условие максимума имеет вид:

$2nd = (2k+1)\frac{\lambda}{2}$, где $k = 0, 1, 2, ...$

Темные пятна (ослабление света):

Наблюдаются там, где толщина пленки $d$ такова, что волны приходят в противофазе и гасят друг друга (деструктивная интерференция). Условие минимума:

$2nd = k\lambda$, где $k = 0, 1, 2, ...$

Поскольку толщина пленки (например, мыльной) обычно неодинакова в разных местах, то для одной и той же длины волны $\lambda$ в одних участках пленки выполняется условие максимума (и мы видим светлое пятно), а в других — условие минимума (и мы видим темное пятно). Это и создает наблюдаемую картину чередующихся светлых и темных полос или пятен.

Ответ: Появление светлых и темных пятен объясняется интерференцией световых волн, отраженных от верхней и нижней поверхностей пленки. В местах, где толщина пленки обеспечивает усиление света (конструктивную интерференцию), видны светлые пятна, а в местах, где толщина приводит к гашению света (деструктивной интерференции), — темные.