Страница 213 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

Обсудите детально с одноклассниками опыт Юнга. Где мы наблюдаем дифракцию, а где — интерференцию?

Решение

Опыт Юнга — это классический эксперимент, демонстрирующий волновую природу света. В его основе лежит наблюдение за картиной, которая возникает на экране при прохождении света через две близко расположенные узкие щели. Для понимания этого опыта важно различать два фундаментальных волновых явления: дифракцию и интерференцию.

Где мы наблюдаем дифракцию

Дифракция — это явление, при котором волны огибают препятствия или отклоняются от прямолинейного распространения, проходя через малые отверстия. В опыте Юнга дифракция наблюдается непосредственно на двух щелях. Когда плоская световая волна достигает экрана с щелями, каждая щель, согласно принципу Гюйгенса-Френеля, становится источником новой, вторичной волны. Эти вторичные волны распространяются от щелей во всех направлениях за экраном. Именно благодаря дифракции свет не просто проходит через щели в виде двух тонких лучей, а расходится от них, что и делает возможным последующее наложение волн.

Где мы наблюдаем интерференцию

Интерференция — это взаимное усиление или ослабление двух (или более) когерентных волн при их наложении друг на друга. Когерентными называют волны с одинаковой частотой и постоянной разностью фаз. В опыте Юнга вторичные волны, возникшие в результате дифракции на щелях, являются когерентными. Интерференция наблюдается в области пространства за щелями, где эти две когерентные волны накладываются друг на друга.

Результат этой интерференции виден на наблюдательном экране в виде чередующихся светлых и темных полос (интерференционной картины).

Светлые полосы (максимумы) появляются в тех местах, где разность хода волн от двух щелей до точки на экране равна целому числу длин волн: $\Delta d = k\lambda$, где $k$ — целое число. В этих точках волны приходят в одинаковой фазе и усиливают друг друга (конструктивная интерференция).

Темные полосы (минимумы) появляются там, где разность хода равна полуцелому числу длин волн: $\Delta d = (k + \frac{1}{2})\lambda$. В этих точках волны приходят в противофазе и гасят друг друга (деструктивная интерференция).

Таким образом, дифракция на щелях является необходимым условием для последующего наблюдения интерференции. Дифракция "создает" два когерентных источника света, а интерференция волн от этих источников формирует наблюдаемую на экране картину.

Ответ: Дифракция наблюдается при прохождении света через каждую из двух щелей. Интерференция наблюдается в области за щелями, где дифрагировавшие волны от двух щелей накладываются друг на друга, что проявляется в виде интерференционной картины на экране.