Номер 17, страница 24 - гдз по физике 9 класс дидактические материалы Марон, Марон

Тренировочные задания. ТЗ-11. Световые явления. Электромагнитные волны - номер 17, страница 24.

Условие.

17. Как объяснить радужные полосы, наблюдаемые в тонком слое керосина на поверхности воды?

Решение.

Радужные полосы на тонком слое керосина, плавающего на воде, являются результатом физического явления, называемого интерференцией света в тонких пленках. Это явление можно объяснить следующим образом:

1. Падающий на пленку керосина дневной (белый) свет состоит из электромагнитных волн разной длины, каждая из которых соответствует определенному цвету спектра (от красного до фиолетового).

2. Когда световой луч достигает поверхности пленки, он разделяется. Часть света отражается от верхней поверхности (граница воздух-керосин), а другая часть преломляется, проходит сквозь слой керосина, отражается от нижней поверхности (граница керосин-вода) и выходит обратно в воздух.

3. В результате образуются два отраженных световых луча, которые произошли от одного исходного. Луч, отраженный от нижней границы, проходит дополнительное расстояние. Оптическая разность хода между этими лучами зависит от толщины пленки $\text{d}$ и показателя преломления керосина $\text{n}$. При отражении от оптически более плотной среды (на границе воздух-керосин) фаза волны меняется на противоположную (что эквивалентно потере полуволны), что также влияет на результат интерференции.

4. Два отраженных луча накладываются друг на друга (интерферируют). В зависимости от соотношения между разностью хода и длиной волны света $\lambda$, они могут усиливать или ослаблять друг друга.

5. Условие конструктивной интерференции (усиления света, яркая полоса) для определенной длины волны $\lambda$ при наблюдении перпендикулярно поверхности имеет вид: $2nd = (m + 1/2)\lambda$, где $m = 0, 1, 2, ...$

6. Условие деструктивной интерференции (ослабления света, темная полоса) имеет вид: $2nd = m\lambda$.

7. Толщина керосиновой пленки на воде обычно неоднородна и плавно меняется от точки к точке. В тех местах, где толщина пленки $\text{d}$ удовлетворяет условию конструктивной интерференции для определенной длины волны (цвета), мы видим этот цвет наиболее ярким. Поскольку для разных цветов (разных $\lambda$) условие максимума будет выполняться при разной толщине пленки, мы наблюдаем разделение белого света на спектр.

Таким образом, каждая цветная полоса соответствует области с примерно одинаковой толщиной пленки, где усиливается свет определенного цвета.

Ответ: Радужные полосы на тонком слое керосина объясняются явлением интерференции света. Световые волны, отраженные от верхней и нижней поверхностей пленки керосина, накладываются друг на друга. Из-за неоднородной толщины пленки в разных ее точках усиливаются волны разной длины (разного цвета), что и создает наблюдаемую радужную картину.