Оптика

Интерференция в тонкой плёнке

Отражения от двух поверхностей тонкой плёнки интерферируют; 2nt = (m+½)λ выбирает ярко отражённый цвет (цвета мыльных пузырей).

Интерференция в тонкой плёнке — интерактивная симуляция (Оптика). Отражения от двух поверхностей тонкой плёнки интерферируют; 2nt = (m+½)λ выбирает ярко отражённый цвет (цвета мыльных пузырей). Бесплатная виртуальная физическая лаборатория в браузере с живыми измерениями в СИ и сопровождаемым туром.

Интерференция в тонкой плёнке

Отражения от верхней и нижней поверхностей плёнки интерферируют. При отражении от более плотной среды может возникать сдвиг фазы на π. Толщина и длина волны выбирают, какие цвета конструктивно отражаются — радужность мыльных пузырей и масляных пятен.

2nt = (m+½)λ
Цвета мыльной плёнки

Краткое описание исследования

Спланируйте вопрос до открытия лаборатории

Краткое описание повторяет предрендеренную страницу: движущий вопрос, конкурирующие прогнозы, роли переменных, определяющие законы, ход работы, анализ и задания для развития остаются видимыми и в этом порядке.

Движущий вопрос

Свет, отражаясь от обеих поверхностей тонкой прозрачной плёнки (как мыльный пузырь), интерферирует, давая яркое или тёмное отражение в зависимости от толщины. Более толстая плёнка всегда сдвигает интерференционный «порядок» яркого отражения?

Прогнозы для взвешивания

Да — порядок интерференции яркого отражения прямо масштабируется с толщиной плёнки (в единицах длины волны внутри плёнки).
Нет — толщина плёнки не влияет на то, какой порядок ярок.
Толщина влияет только на цвет, а не на числовой «порядок».

Роли переменных

Что вы задали:

Толщина плёнки t (nm)

Что вы измеряете:

Порядок яркого отражения m

Как идёт исследование

Откройте пресет thin-film и нажмите «Сброс». Показатель плёнки n = 1.33 (как у мыльной плёнки); длина волны света 550 нм.
Включите показание порядка интерференции.
Задайте толщину плёнки для каждой пробы и запишите порядок яркого отражения.

Определяющее уравнение

Порядок яркого отражения тонкой плёнки — 2nt = (m+½)λ

Свет, отражённый от обеих поверхностей тонкой плёнки, интерферирует конструктивно (ярко отражается), когда оптическая длина пути туда-обратно составляет полуцелое число длин волн: m = 2nt/λ − 0.5 — с учётом сдвига фазы на передней поверхности.

Что печатный рабочий лист предлагает учащимся вывести

Для одной пробы вычислите m = 2nt/λ − 0.5 при n = 1.33; λ = 550 нм. Сравните с таблицей.
Объясните, откуда член −0.5: свет, отражённый от ПЕРЕДНЕЙ стороны плёнки, получает сдвиг фазы на полволны (отражение от более плотной среды), а от ЗАДНЕЙ — нет; эта асимметрия сдвигает обычное целочисленное условие порядка на полшага.

Где это проявляется за пределами лаборатории

Цвета мыльного пузыря постоянно плывут и кружат, потому что толщина плёнки меняется по поверхности и со временем по мере стекания и испарения — разные толщины удовлетворяют условию яркого отражения для разных длин волн (цветов) в каждый момент. Объясните, почему плёнка идеально равномерной толщины показывала бы один равномерный цвет (или никакого) по всей поверхности.
Объективы камер используют тонкие просветляющие покрытия, рассчитанные так, чтобы отражения от передней и задней границ ДЕСТРУКТИВНО интерферировали для выбранной длины волны (обычно зелёной, самого чувствительного для глаза цвета), минимизируя нежелательное отражение. Объясните, почему такие покрытия всё же часто дают лёгкий фиолетовый оттенок — длины волн на краях видимого спектра гасятся не полностью.

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

Добро пожаловать к тонкой плёнке
Выберите плёнку
Нажмите Play
Цвет из толщины плёнки
Откройте панель свойств
Готово!

Откройте интерактивную симуляцию, чтобы собрать сцену, нажать Play и исследовать с живыми измерениями и сопровождаемым туром.

Открыть интерактивную лабораторию →

Скачать рабочий лист →

Интерференция и дифракция