Номер 4, страница 117 - гдз по физике 9 класс тетрадь-тренажёр Артеменков, Белага

X. Электромагнитная природа света. Решаем задачи - номер 4, страница 117.

Условие.

4. При освещении тонкой плёнки белым светом плёнка приобретает радужную окраску. Объясните данное явление.

Решение.

Решение

Явление радужной окраски тонких плёнок (например, мыльных пузырей или масляных пятен на воде) при освещении их белым светом объясняется интерференцией света.

Белый свет представляет собой совокупность электромагнитных волн разной длины, которые соответствуют разным цветам видимого спектра.

Когда световой луч падает на тонкую плёнку, он разделяется на два:
1. Первый луч отражается от верхней поверхности плёнки.
2. Второй луч преломляется, проходит сквозь плёнку, отражается от её нижней поверхности и, снова преломившись на верхней границе, выходит наружу параллельно первому.

Эти два отражённых луча являются когерентными, но проходят разные пути. Второй луч проходит дополнительное расстояние. Возникающая между ними оптическая разность хода $\Delta$ зависит от толщины плёнки $\text{d}$, её показателя преломления $\text{n}$ и угла падения света.

При отражении света от границы с оптически более плотной средой (в данном случае, от верхней поверхности плёнки на границе воздух-плёнка) фаза волны меняется на противоположную, что эквивалентно дополнительной разности хода в половину длины волны ($\lambda/2$).

В результате наложения (интерференции) этих двух лучей происходит их усиление или ослабление.

Условие интерференционного максимума (усиления света): свет определённого цвета будет виден наиболее ярко, если оптическая разность хода, с учётом потери полуволны, будет кратна нечётному числу полуволн.
$2dn\cos\beta = (2m + 1)\frac{\lambda}{2}$, где $m = 0, 1, 2, ...$

Условие интерференционного минимума (ослабления света): свет определённого цвета будет отсутствовать (погашен), если оптическая разность хода будет кратна целому числу длин волн.
$2dn\cos\beta = m\lambda$, где $m = 1, 2, 3, ...$

Поскольку белый свет состоит из волн с разными длинами $\lambda$, для каждой точки плёнки с определённой толщиной $\text{d}$ и при определённом угле наблюдения $\beta$ условия максимума и минимума будут выполняться для разных длин волн. В результате некоторые цвета в отражённом свете будут усилены, а другие — ослаблены.

Так как толщина плёнки обычно неравномерна и меняется от точки к точке, в разных её частях усиливаются волны разной длины (разных цветов). Это и приводит к тому, что плёнка приобретает радужную окраску.

Ответ: Радужная окраска тонких плёнок возникает в результате интерференции световых волн, отражённых от верхней и нижней поверхностей плёнки. Так как белый свет состоит из волн разной длины, в зависимости от толщины плёнки и угла наблюдения условия для усиления (интерференционного максимума) выполняются для разных длин волн (цветов), что и создаёт наблюдаемую радужную картину.