Оптика

Інтерференція в тонкій плівці

Відбиття від двох поверхонь тонкої плівки інтерферують; 2nt = (m+½)λ вибирає яскраво відбитий колір (кольори мильної бульбашки).

Інтерференція в тонкій плівці — інтерактивне моделювання: Оптика. Відбиття від двох поверхонь тонкої плівки інтерферують; 2nt = (m+½)λ вибирає яскраво відбитий колір (кольори мильної бульбашки). Безкоштовна браузерна віртуальна фізична лабораторія з живими вимірюваннями в СІ та керованим заняттям.

Інтерференція в тонкій плівці

Відбиття від двох поверхонь тонкої плівки інтерферують; 2nt = (m+½)λ вибирає яскраво відбитий колір (кольори мильної бульбашки).

Відбиття від верхньої та нижньої поверхонь плівки інтерферують. Зсув фази на π може виникнути при відбитті від густішого середовища. Товщина та довжина хвилі визначають, які кольори конструктивно відбиваються — перламутровість мильних бульбашок і нафтових плям.

• 2nt = (m+½)λ
• Кольори мильної плівки

Короткий опис дослідження

Сплануйте запитання, перш ніж відкрити лабораторію

Короткий відповідає передрендереній сторінці: рушійне запитання, конкуруючі прогнози, ролі змінних, керівні закони, установка, аналіз і підсилення лишаються видимими та в цьому порядку.

Рушійне запитання

Світло, що відбивається від обох поверхонь тонкої прозорої плівки (як мильна бульбашка), інтерферує, даючи яскраве чи темне відбиття залежно від товщини плівки. Чи товща плівка завжди зсуває те, який інтерференційний «порядок» дає яскраве відбиття?

Прогнози для зважування

• Так — інтерференційний порядок яскравого відбиття масштабується прямо з товщиною плівки (в одиницях довжини хвилі всередині плівки).
• Ні — товщина плівки не впливає на те, який порядок яскравий.
• Товщина впливає лише на колір, не на числовий «порядок».

Ролі змінних

Що ви задаєте:

• Товщина плівки t (nm)

Що ви вимірюєте:

• Порядок яскравого відбиття m

Як проходить дослідження

1. Відкрийте пресет thin-film та натисніть «Скинути». Плівка має показник n = 1.33 (як мильна плівка); довжина хвилі світла 550 nm.
2. Увімкніть показ інтерференційного порядку.
3. Задайте товщину плівки для кожного заміру та запишіть порядок яскравого відбиття.

Керівне рівняння

Порядок яскравого відбиття тонкої плівки — 2nt = (m+½)λ

Світло, що відбивається від обох поверхонь тонкої плівки, інтерферує конструктивно (яскраве відбиття), коли оптична довжина шляху туди-назад відповідає напівцілому кратному довжини хвилі: m = 2nt/λ − 0.5, з урахуванням зсуву фази передньої поверхні.

Що друкований робочий аркуш пропонує учням обчислити

• Для одного заміру обчисліть m = 2nt/λ − 0.5 з n = 1.33, λ = 550 nm. Порівняйте з таблицею.
• Поясніть, звідки береться член −0.5: світло, що відбивається від ПЕРЕДНЬОЇ поверхні плівки, зазнає зсуву фази на половину довжини хвилі (відбиваючись від середовища з вищим показником), тоді як світло, відбите від ЗАДНЬОЇ — ні; ця асиметрія зсуває звичайну умову цілочисельного порядку на пів кроку.

Де це трапляється за межами лабораторії

• Кольори мильної бульбашки постійно зсуваються та кружляють, бо товщина плівки варіює по її поверхні та змінюється з часом, коли вона стікає та випаровується — різні товщини задовольняють умову яскравого відбиття для різних довжин хвиль (кольорів) у кожен момент. Поясніть, чому плівка ідеально рівномірної товщини натомість показувала б один рівномірний колір (або жоден) по всій поверхні.
• Об'єктиви камер використовують тонкі протибливкові покриття, спроєктовані так, щоб переднє та заднє відбиття ДЕСТРУКТИВНО інтерферували для обраної довжини хвилі (зазвичай зеленої, найчутливішого кольору ока), мінімізуючи небажане відбиття. Поясніть, чому такі покриття досі часто показують ледь помітний фіолетовий відтінок — довжини хвиль на обох краях видимого спектру не повністю компенсуються.

• 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. Вітаємо в тонкій плівці
2. Виберіть тонку плівку
3. Натисніть «Запустити»
4. Колір з товщини плівки
5. Відкрийте панель властивостей
6. У вас вийшло!

Відкрийте інтерактивне моделювання, щоб зібрати сцену, натиснути «Запустити» та дослідити з живими вимірюваннями й керованим заняттям.

Відкрити інтерактивну лабораторію →

Завантажити лабораторний аркуш →

Інтерференція та дифракція