Optyka

Interferencja w cienkiej warstwie

Odbicia od dwóch powierzchni cienkiej warstwy interferują; 2nt = (m+½)λ wybiera jasno odbijany kolor (kolory bańki mydlanej).

Interferencja w cienkiej warstwie — interaktywna symulacja: Optyka. Odbicia od dwóch powierzchni cienkiej warstwy interferują; 2nt = (m+½)λ wybiera jasno odbijany kolor (kolory bańki mydlanej). Bezpłatne wirtualne laboratorium fizyki w przeglądarce z pomiarami na żywo w SI i samouczkiem prowadzonym.

Interferencja w cienkiej warstwie

Odbicia od dwóch powierzchni cienkiej warstwy interferują; 2nt = (m+½)λ wybiera jaskrawo odbity kolor (kolory baniek mydlanych).

Odbicia od górnej i dolnej powierzchni warstwy interferują. Przy odbiciu od ośrodka gęstszego może zajść przesunięcie fazowe π. Grubość i długość fali wybierają, które kolory odbijają się konstruktywnie — iryzacja baniek mydlanych i plam ropy.

• 2nt = (m+½)λ
• Kolory filmu mydlanego

Krótki opis badania

Zaplanuj pytanie, zanim otworzysz pracownię

Krótki opis odzwierciedla stronę statyczną: pytanie badawcze, konkurujące przewidywania, role zmiennych, prawo rządzące i co mierzyć.

Pytanie badawcze

Światło odbijające się od obu powierzchni cienkiej przezroczystej warstwy (jak bańka mydlana) interferuje, dające jasne lub ciemne odbicie zależnie od grubości warstwy. Czy grubsza warstwa zawsze przesuwa to, który „rząd” interferencji daje jasne odbicie?

Prognozy do rozważenia

• Tak — rząd interferencji jasnego odbicia skaluje się wprost z grubością warstwy (w jednostkach długości fali wewnątrz warstwy).
• Nie — grubość warstwy nie wpływa na to, który rząd jest jasny.
• Grubość wpływa tylko na kolor, nie na liczbowy „rząd”.

Role zmiennych

Co ustawiasz:

• Grubość warstwy t (nm)

Co mierzysz:

• Rząd jasnego odbicia m

Jak przebiega badanie

1. Otwórz preset thin-film i naciśnij Reset. Warstwa ma współczynnik n = 1.33 (jak film mydlany); długość fali światła to 550 nm.
2. Włącz odczyt rzędu interferencji.
3. Ustaw grubość warstwy dla każdej próby i zapisz rząd interferencji jasnego odbicia.

Równanie rządzące

Rząd jasnego odbicia cienkiej warstwy — 2nt = (m+½)λ

Światło odbite od obu powierzchni cienkiej warstwy interferuje konstruktywnie (jasne odbicie), gdy długość drogi optycznej w obie strony odpowiada półcałkowitej wielokrotności długości fali: m = 2nt/λ − 0.5 — z uwzględnieniem przesunięcia fazowego na przedniej powierzchni.

Co karta do druku każe uczniom wyliczyć

• Dla jednej próby oblicz m = 2nt/λ − 0.5 przy n = 1.33; λ = 550 nm. Porównaj z tabelą.
• Wyjaśnij, skąd bierze się człon −0.5: światło odbite od PRZODU warstwy doznaje przesunięcia o pół długości fali (odbicie od ośrodka o wyższym współczynniku), a odbite od TYŁU nie — ta asymetria przesuwa zwykły warunek rzędów całkowitych o pół kroku.

Gdzie to wychodzi poza pracownię

• Kolory bańki mydlanej nieustannie się przesuwają i wirują, bo grubość warstwy różni się po powierzchni i zmienia się w czasie, gdy warstwa spływa i paruje — różne grubości spełniają warunek jasnego odbicia dla różnych długości fal (kolorów) w każdej chwili. Wyjaśnij, dlaczego warstwa o idealnie równej grubości pokazywałaby jednolity kolor (lub brak) na całej powierzchni.
• Obiektywy aparatów używają cienkich powłok antyrefleksyjnych, zaprojektowanych tak, by odbicia od przodu i tyłu znosiły się DESTRUKTYWNIE dla wybranej długości fali (zwykle zielonej, najbardziej wrażliwego koloru oka), minimalizując niechciane odbicie. Wyjaśnij, dlaczego takie powłoki często pokazują delikatny fioletowy odcień — długości fal na krańcach widma nie są tak całkowicie znoszone.

• AP Physics 2 — Unit 14: Waves, Sound, and Physical Optics
• IB Physics — C.3 Wave phenomena
• General High School Physics — Light & optics
• NGSS High School Physics — Wave properties

1. Witamy w cienkiej warstwie
2. Zaznacz cienką warstwę
3. Naciśnij Play
4. Kolor z grubości warstwy
5. Otwórz panel Właściwości
6. Udało się!

Otwórz interaktywną symulację, zbuduj scenę, naciśnij Play i badaj z pomiarami na żywo oraz przewodnikiem.

Otwórz interaktywną pracownię →

Pobierz kartę pracy →

Interferencja i dyfrakcja