Интерференция света

СОДЕРЖАНИЕ:

Введение……………………………………………………………………………...2

Глава 1. Интерференция света.

1.1 Интерференция история открытия и исследований…………………………5

1.2 Интерференция  света……………………………………………………………6

1.3 Интерференция двух  линейных волн…………………………………………..7

1.4 Интерференция от двух точечных источников………………………………..8

1.5 Кольца Ньютона……………………………………………………………….9

1.6 Интерференция электромагнитных волн……………………………………..11

1.7 Интерференция в тонких пленках……………………………………………..12

1.8 Использование интерференции………………………………………………..13

Глава 2. FrontPage и его интерфейс.

2.1 Основные  возможности FrontPage……………………………………………15

2.2 Размещение  текста……………………………………………………………17

2.3 Списки и  разделители………………………………………………………….18

2.4 Размещение  иллюстраций……………………………………………………...19

2.5 Гиперссылки……………………………………………………………………20

2.6 Таблицы…………………………………………………………………………22

2.7 Структура  и создание электронного учебника  по

 «Интерференции  света»…………………………………………………………...26

3.Заключение………………………………………………………………………..29

4.Список литературы……………………………………………………………….30

 

 

 

Введение

Современный период развития цивилизованного общества характеризует процесс информатизации.

Информатизация  общества - это глобальный социальный процесс, особенность которого состоит  в том, что доминирующим видом  деятельности в сфере общественного производства является сбор, накопление, продуцирование, обработка, хранение, передача и использование информации, осуществляемые на основе современных средств микропроцессорной и вычислительной техники, а также на базе разнообразных средств информационного обмена. Информатизация общества обеспечивает:

активное использование  постоянно расширяющегося интеллектуального  потенциала общества, сконцентрированного  в печатном фонде, и научной, производственной и других видах деятельности его  членов;

интеграцию  информационных технологий с научными, производственными, инициирующую развитие всех сфер общественного производства, интеллектуализацию трудовой деятельности;

высокий уровень  информационного обслуживания, доступность  любого члена общества к источникам достоверной информации, визуализацию представляемой информации, существенность используемых данных.

Одним из приоритетных направлений процесса информатизации современного общества является информатизация образования - внедрение средств  новых информационных технологий в систему образования. Это сделает возможным:

совершенствование механизмов у правления системой образования на основе использования  автоматизированных банков данных научно-педагогической информации, информационно-методических материалов, а также коммуникационных сетей;

совершенствование методологии и стратегии отбора содержания, методов и организационных  форм обучения, соответствующих задачам  развития личности обучаемого в современных  условиях информатизации общества;

создание методических систем обучения, ориентированных на развитие интеллектуального потенциала обучаемого, на формирование умений самостоятельно приобретать знания, осуществлять информационно-учебную, экспериментально - исследовательскую деятельность, разнообразные виды самостоятельной деятельности по обработке информации;

создание и  использование компьютерных тестирующих, диагностирующих, контролирующих и  оценивающих систем.

В своей курсовой работе я рассмотрел одну из сторон процесса информатизации общества и образования - создание одной из форм обучения с использованием средств новых информационных технологий - электронного учебника.

Актуальность  темы. Проблема.

Постоянное  увеличение объема информации и ограниченность учебного времени обуславливают  необходимость интенсификации обучения, разработки и внедрения технологий, базирующихся на использовании вычислительной техники с применением активных методов обучения во всем их разнообразии и комплексности.

Цель курсовой работы - разработать электронное  учебное пособие на тему "Интерференция света".

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

• изучить литературу по теме курсовой работы;
• изучить интерфейс программы FrontPage;
• разработать структуру электронного учебника;
• заполнить структуру учебника информацией;
• создание ссылок на биографию ученых.

 

Итогом работы должно стать  электронное учебное пособие "Интерференция  света", которое поможет преподавателю  в организации образовательной  деятельности, а также студентам  в самостоятельном изучении материала.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 1. Интерференция света

1.1 Интерференция история открытия и исследований 

Принцип интерференции был  открыт в 1802 году, когда англичанин Т. Юнг, врач по профессии, человек с  очень разносторонними интересами, провёл ставший теперь классическим "опыт с двумя отверстиями". В экране кончиком булавки прокалывались две близко расположенные дырочки, которые освещались солнечным светом из небольшого отверстия в зашторенном окне. За экраном Юнг наблюдал вместо двух ярких точек серию чередующихся темных и светлых колец.

Свой опыт он объяснил по аналогии с распространением двух разных систем волн на поверхности  воды.

"Я полагаю, - писал Юнг, что подобные явления  имеют место, когда смешиваются  две порции света, и это наложение  я называю общим законом интерференции".

Для наблюдения явления интерференции нужны  когерентные источники, излучающие волны с фиксированной разностью  фаз. Такие источники можно получить расщепляя луч света от обычного источника (например, с помощью полупрозрачного  зеркала). Затем образующиеся таким образом два луча, используя оптические системы, направляют на экран. Поскольку оба луча имеют одинаковое происхождение, то разность фаз в каждом месте экрана оказывается фиксированной (она зависит только от разности длин оптических путей). На экране возникает интерференционная картина.

Типичный пример интерференционного явления, который можно наблюдать, - это цветовая окраска тонких плёнок (пятна бензина на асфальте, мыльные плёнки). В таком случае происходит интерференция лучей, отражённых от внешней и внутренней поверхности плёнки. Толщина плёнки обычно меняется от места к месту, и она кажется окрашенной во все цвета радуги.

Интересно, что  проблемой интерференции занимался  Ньютон, и, поскольку он придерживался  мнения, что свет состоит из мельчайших частиц (корпускул), ему пришлось для объяснения окрашивания тонких пластин приписать этим частицам странные "приступы" легкого и тяжёлого отражения. А вот Юнг на основе интерференции легко объяснил это явление и даже впервые измерил длину волны света, и с очень хорошей точностью.

Особый вид  интерференционной картины возникает  при сложении прямой и отражённой волн. При этом образуются так называемые стоячие волны. 
В простейшем случае при отражении плоской волны от плоской стенки возникает система неподвижных максимумов и минимумов, расположенных параллельно стенке. При отражении под углом картина усложняется.

Ещё один пример интерференции волн - так называемые фигуры Хладни. На пластинку, закреплённую в одной точке, насыпают песок, а  по её краю проводят смычком. Песок собирается на определённых линиях, вид которых зависит от формы пластинки и положения закреплённой точки.

В этом случае звуковые волны, возбуждаемые смычком, отражаются от её краёв (не случайно, что объяснение эхо также принадлежит Хладни). В каждом месте пластины происходит сложение колебаний с разными сдвигами фаз. В результате возникают узловые точки - там, где колебания гасят друг друга, и пучности - там, где они максимально усиливаются. Песок сбрасывается с пучностей и собирается на узловых линиях. Теорию этих фигур, обнаруженных знаменитым немецким акустиком Хладни в 1787 году, создали французские учёные Лаплас и Пуассон.[6]

1.2 Интерференция света

Интерференция света — нелинейное сложение интенсивностей двух или нескольких световых волн. Это явление сопровождается чередующимися в пространстве максимумами и минимумами интенсивности. Её распределение называется интерференционной картиной. Впервые явление интерференции было независимо обнаружено Робертом Бойлем (1627—1691 гг.) и Робертом Гуком (1635—1703 гг.). Они наблюдали возникновение разноцветной окраски тонких плёнок (интерференционных полос), подобных масляным или бензиновым пятнам на поверхности воды. В 1801 году Томас Юнг (1773—1829 гг.), введя «Принцип суперпозиции», первым объяснил явление интерференции света, ввел термин «интерференция» (1803) и объяснил «цветастость» тонких пленок. Он также выполнил первый демонстрационный эксперимент по наблюдению интерференции света, получив интерференцию от двух щелевых источников света (1802); позднее этот опыт Юнга стал классическим.[7]

1.3 Интерференция двух линейных волн

Рассмотрим  волну, возникающую на поверхности жидкости под воздействием колебаний длинного цилиндрического стержня:

z = Acos(ωt))

где  A - амплитуда колебаний цилиндра, ω = 2πf, f - частота колебаний, t - время.

Если волна  распространяется без затухания, то любая точка  поверхности жидкости будет колебаться с той же амплитудой, что и стержень, но фаза колебаний будет изменяться пропорционально расстоянию от него:

z = Acos(ωtkx))

где  k =ω / v, v - скорость распространения волны. В общем случае,   волна будет затухать из-за внутреннего трения  жидкости и амплитуда колебаний A будет уменьшаться с расстоянием.

Далее рассмотрим случай интерференции волн от двух стержней, вибрирующих с одинаковой частотой. Предположим, что расстояние между стержнями - d. Амплитуда колебаний поверхности жидкости в любой точке с координатой x может быть найдена как сумма двух волн:

z = Acos(ωt - kx) + Acos(ωt + k(x - d))

Волновое число k входит в вышеуказанную формулу с разными знаками, что соответствует противоположному направлению распространению волн от двух стержней. Эта формула может быть также переписана в виде:

z = 2Acos(ωt - kd/2)cos(kx - kd/2)

Полученное  выражение описывает интерференцию  двух линейных волн, распространяющихся в противоположных направлениях (стоячая волна). Мы можем видеть из этого выражения, что существуют точки на поверхности жидкости, где волны интерферируют в противофазе и колебания в этих точках отсутствуют (так называемые узлы), и имеются точки, где волны накладываются, усиливая друг друга, и в этих точках колебания происходят с удвоенной амплитудой 2A (пучности). Узлы возникают в точках, для которых верно равенство cos(kx - kd/2)=0, то есть в точках x= λ /2 (1/2+n)+d/2, где n - целое число, а λ - длина волны. Это означает, расстояние между соседними узлами равно половине длины волны. То же самое утверждение справедливо и для расстояния между максимумами интерференционной картины. Так пучности появляются в точках для которых  cos(kx - kd/2) равняется +1 или -1, то есть в точках  x= n λ /2+d/2. Зная частоту колебаний стержней и измеряя расстояние между узлами или пучностями (при помощи, например, микроскопа), мы можем найти скорость распространения волн на поверхности жидкости и затем, зная эти данные, мы можем вычислить многие важные параметры среды, в которой распространяется волна.[5] 

1.4 Интерференция от двух точечных источников

Рассмотрим  теперь два маленьких шарика, колеблющихся на поверхности жидкости. Каждый из шариков возбуждает волну. Налагаясь, эти волны дают интерференционную  картину, показанную на анимации.  Рассмотрим уравнение, описывающее интерференционную картину.

Если пренебречь затуханием, то волна от каждого  шарика может быть записана следующим  образом:

s₁=A₁cos(ωt - kr₁);   s₂=A₂cos(ωt - kr₂);

где A₁ и A₂ - амплитуды волн, r₁ и r₂ -  расстояния соответственно от первого и второго шарика, k = ω / v, v - скорость распространения волн.

Так как разность ∆ = r₂ - r₁ много меньше, чем каждое из расстояний r₁ и r₂, мы можем положить A = A₁ = A₂. В этом приближении наложение волн s₁ и s₂ описывается следующим выражением:

s = s₁ + s₂ = 2Acos[ k(r₂ - r₁)/2 ] cos[ ωt - k(r₁ + r₂)/2 ]

Из этого  выражения видно, что в точках, для которых  r₂ - r₁ = λ (1/2+n) , поверхность жидкости не колеблется.[1]

1.5  Кольца Ньютона     

Простая интерференционная  картина возникает в тонкой прослойке воздуха между стеклянной пластиной и положенной на нее плоско-выпуклой линзой, сферическая поверхность которой имеет большой радиус кривизны. Эта интерференционная картина имеет вид концентрических колец, получивших название кольца Ньютона.

Возьмите плоско-выпуклую линзу с малой кривизной сферической поверхности и положите ее на стеклянную пластину. Внимательно разглядывая плоскую поверхность линзы (лучше через лупу), вы обнаружите в месте соприкосновения линзы и пластины темное пятно и вокруг него совокупность маленьких радужных колец. Расстояния между соседними кольцами быстро убывают с увеличением их радиуса (рис. I, 1). Это и есть кольца Ньютона. Ньютон наблюдал и исследовал их не только в белом свете, но и при освещении линзы одноцветным (монохроматическим) пучком. Оказалось, что радиусы колец одного и того же порядкового номера увеличиваются при переходе от фиолетовою конца спектра к красному; красные кольца имеют максимальный радиус (рис. I, 2 и 3). Все это вы можете проверить с помощью самостоятельных наблюдений.

Рис. I. Кольца Ньютона  в отраженном свете: 1 - в белом; 2 - в зеленом; 3 - в красном.     

Удовлетворительно объяснить, почему возникают кольца, Ньютон не смог. Удалось это Юнгу. Проследим за ходом его рассуждений. В их основе лежит предположение о том, что свет – это волны. Рассмотрим случай, когда волна определенной длины падает почти перпендикулярно на плоско-выпуклую линзу (рис. 2). Волна 1 появляется в результате отражения от выпуклой поверхности линзы на границе стекло-воздух, а волна 2 — в результате отражения от пластины на границе воздух-стекло. Эти волны когерентны: они имеют одинаковую длину и постоянную разность фаз, которая возникает из-за того, что волна 2 проходит больший путь, чем волна 1. Если вторая волна отстает от первой на целое число длин волн, то, складываясь, волны усиливают друг друга. Вызываемые ими колебания происходят в одной фазе.

Рис. 2.     

Напротив, если вторая волна отстает от первой на нечетное число полуволн, то колебания, вызванные ими, будут происходить в противоположных фазах и волны гасят друг друга.     

Если известен радиус кривизны R поверхности линзы, то можно вычислить, на каких расстояниях от точки соприкосновения линзы со стеклянной пластиной разности хода таковы, что волны определенной длины l, гасят друг друга. Эти расстояния и являются радиусами темных колец Ньютона. Ведь линии постоянной толщины воздушной прослойки представляют собой окружности. Измерив радиусы колец, можно вычислить длины волн.[4]

1.6 Интерференция электромагнитных волн     

На опытах с  генератором СВЧ можно наблюдать  интерференцию электромагнитных (радио) волн.     

Генератор и  приемник располагают друг против друга (рис. 1). Затем подводят снизу металлическую  пластину в горизонтальном положении. Постепенно поднимая пластину, обнаруживают поочередное ослабление н усиление звука.

Рис.1.     

Явление объясняется следующим  образом. Часть волны из рупора генератора непосредственно попадает в приемный рупор. Другая же ее часть отражается от металлической пластины. Меняя расположение пластины, мы изменяем разность хода прямой и отраженной волн. Вследствие этого волны либо усиливают, либо ослабляют друг друга в зависимости от того, равна ли разность хода целому числу длин волн или нечетному числу полуволн.

Наблюдение интерференции света доказывает, что свет при распространении обнаруживает волновые свойства. Интерференционные опыты позволяют измерить длину световой волны: она очень мала – от 4×10^-7 до 8×10^-7 м.[4]

1.7 Интерференция в тонких пленках     

Тем не менее интерференцию света удается наблюдать. Курьез состоит в том. что ее наблюдали очень давно, но только не отдавали себе в этом отчета.     

Вы тоже много раз видели интерференционную картину, когда  в детстве развлекались пусканием  мыльных пузырей или наблюдали за радужным переливом цветов тонкой пленки керосина или нефти на поверхности воды. «Мыльный пузырь, витая в воздухе... зажигается всеми оттенками цветов, присущими окружающим предметам. Мыльный пузырь. пожалуй, самое изысканное чудо природы» (Марк Твен). Именно интерференция света делает мыльный пузырь столь достойным восхищения.     

Английский  ученый Томас Юнг первым пришел к  гениальной мысли о возможности  объяснения цветов тонких пленок сложением  волн 1 и 2 (рис. 1), одна из которых (1) отражается от наружной поверхности пленки, а вторая (2) — от внутренней. При этом происходит интерференция световых волн — сложение двух волн, вследствие которого наблюдается устойчивая во времени картина усиления или ослабления результирующих световых колебаний в различных точках пространства. Результат интерференции (усиление или ослабление результирующих колебаний) зависит от угла падения света на пленку, ее толщины и длины волны. Усиление света произойдет в том случае, если преломленная волна 2 отстанет от отраженной волны 1 на целое число длин волн. Если же вторая волна отстанет от первой на половину длины волны или на нечетное число полуволн, то произойдет ослабление света.    

Рис. 1     

Когерентность волн, отраженных от наружной и внутренней поверхностей пленки, обеспечивается тем, что они являются частями одного и того же светового пучка. Цуг волн от каждого излучающего атома разделяется пленкой на два, а затем эти части сводятся вместе и интерферируют.     

Юнг также понял, что различие в цвете связано с различием в длине волны (или частоте световых волн). Световым пучкам различного цвета соответствуют волны различной длины. Для взаимного усиления волн, отличающихся друг от друга длиной (углы падения предполагаются одинаковыми), требуется различная толщина пленки. Следовательно, если пленка имеет неодинаковую толщину, то при освещении ее белым светом должны появиться различные цвета.[4]

1.8 Использование интерференции

Использование интерференции в технике. Явление интерференции света находит широкое применение в современной технике. Одним из таких применений является создание "просветленной" оптики. Отполированная поверхность стекла отражает примерно 4% падающего на нее света. Современные оптические приборы состоят из большого числа деталей, изготовленных из стекла. Проходя через каждую из этих деталей, свет ослабляется на 4%. Общие потери света в объективе фотоаппарата составляют примерно 25%, в призменном бинокле и микроскопе - 50% и т. д.           

 Для уменьшения световых потерь в оптических приборах все стеклянные детали , через которые проходит свет, покрывают пленкой, показатель преломления которой меньше показателя преломления стекла. Толщина пленки равна четверти длины волны.           

 Другим применением явления интерференции является получение хорошо отражающих покрытий, необходимых во многих отраслях оптики. В этом случае используют тонкую пленку толщиной l/4 из материала, коэффициент преломления которого n₂ больше коэффициента преломления n₃. В этом случае отражение от передней границы происходит с потерей полволны, так как n₁ < n₂, а отражение от задней границы происходит без потери полволны (n₂ > n₃). В результате разность хода d = l/4+l/4+l/2=l  и отраженные волны усиливают друг друга.  

И. с. широко используется при спектральном анализе для точного измерения расстояний и углов, в рефрактометрии, в задачах контроля кач-ва поверхностей, для создания светофильтров, зеркал, просветляющих покрытий и др.; на явлениях И. с. основана голография. Важный случай И. с. - интерференция поляризованных лучей.[3]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 2. FrontPage и его интерфейс.

2.1 Основные возможности FrontPage

Интерфейс программы Microsoft FrontPage Express выглядит так, как показано на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Интерфейс программы FrontPage Express

Уже в процессе загрузки редактор FrontPage Express автоматически  сгенерирует для вас код пустой web-страницы, включающий элементы <НЕАD> и <BODY>, в чем вы можете убедиться, открыв окно Просмотр или правка HTML (рис. 2.2), которое вызывается на экран при выборе пункта HTML... системного меню Вид. Данное окно играет роль своеобразного «редактора в редакторе», позволяя вам подправлять создаваемый программой FrontPage Express код HTML вручную. По большому счету, окно Просмотр или правка HTML напоминает упрощенную версию текстового редактора Notepad с одним существенным отличием: если в нижней панели окна установлен флажок Показывать цветовую кодировку, редактор станет отображать теги языка разметки гипертекста фиолетовым цветом, их атрибуты — красным, значения атрибутов — синим, а вводимый пользователем текст — черным, что значительно облегчает процесс правки html-кода. Это окно вам предстоит использовать всякий раз, когда будет возникать необходимость внести в листинг редактируемого документа какие-либо изменения.

Рис. 2.2. Окно Просмотр или правка HTML

Прежде чем  приступать непосредственно к созданию web-страницы, следует установить начальные  значения параметров документа. Для  этого необходимо вызвать на экран соответствующее окно (рис. 2.3), воспользовавшись пунктом меню Файл > Свойства страницы или щелкнув в любом месте рабочего окна FrontPage Express правой кнопкой мыши и выбрав пункт с аналогичным названием в появившемся меню.

Рис. 2.3. Окно настроек свойств страницы

Вкладка Общие  диалогового окна Свойства страницы содержит следующие настройки, которые пользователь по желанию может изменить. Пункт Папка указывает на директорию, в которой сохранен документ. В поле Заголовок следует ввести название страницы, записываемое программой между тегами <TITLE> и</TITLE> кода HTML web-страницы. В поле Базовое место можно указать URL вашего сайта. В пункте Кадр назначения по умолчанию можно указать имя фрейма,в котором должен загружаться документ. Диалоговое меню Направление чтения документа позволяет вам установить направление движения курсора при вводе текстов, чуть ниже можно задать фоновый звук в формате MIDI, который будет воспроизводиться всякий раз при открытии документа в броузере, отрегулировав его настройки (можно установить количество повторов или заставить звуковой файл воспроизводиться непрерывно). Наиболее важным в окне настроек свойств документа является пункт определения кодировки документа: в меню для сохранения и Для отображения рекомендуется указать пункт Кириллица для кодировки Windows 1251 или Кириллица KOI8-R для кодировки KOI.

Вкладка Фон  определяет настройку фонового цвета  документа, текста и гиперссылок, эти  цвета будут автоматически указаны  программой в теге <BODY>. Здесь  же можно указать название и адрес  размещения фонового рисунка для вашей web-страницы.

Вкладка Поля позволяет  вам установить верхний и левый  отступы от границ рабочего окна броузера, отображаемые при открытии документа. Границы отсчитываются в пикселах. И наконец, вкладка Специальный  содержит список содержащихся в документе МЕТА-определителей, поддающийся настройке пользователем.

Установив исходные значения параметров страницы, можно  переходить непосредственно к подготовке содержимого документа.  

2.2 Размещение текста

Текст, помещаемый в документ HTML для отображения в клиентском броузере, набирается в рабочем окне FrontPage Express как в обычном текстовом редакторе. Стиль вводимого текста (обычный стиль, стили заголовка, определяемого тегами <Н1> — <Н7>, стили списков или определений) настраивается в меню Изменение стиля, расположенном в панели управления форматированием текста редактора FrontPage Express. Здесь же можно задать название используемого при наборе шрифта (рекомендуется использовать шрифт, установленный по умолчанию), определить позиционирование текста нажатием кнопок Выравнивание по левому краю, Выравнивание по правому краю или Выравнивание по центру, аналогично тому, как это делается в редакторе Microsoft Word, отрегулировать размер шрифта с использованием кнопок Увеличить размер текста или Уменьшить размер текста и, наконец, задать для выделенного участка текста жирное, наклонное или подчеркнутое написание. Нажатие на кнопки управления величиной шрифта уменьшает или увеличивает размер отображаемых символов выделенного участка текста на один пункт. Следует помнить, что Microsoft FrontPage Express версии 2.0 не поддерживает в составе интерфейса форматирование текста по всей ширине экрана с использованием директивы ALIGN="JUSTIFY", поэтому такое позиционирование можно задать, только записав соответствующий тег вручную в окне Просмотр или правка HTML. Изменить цвет символов, которыми отображается текст в окне броузера, можно, выделив мышью какой-либо отрывок текста, нажав на кнопку Цвет символов и выбрав нужный цвет в предлагаемой программой цветовой палитре.

Текст можно  также импортировать в html-документ из буфера обмена с использованием команды Вставить из меню, появляющегося  при нажатии правой кнопки мыши в  любой точке рабочего окна FrontPage Express, либо воспользовавшись соответствующей  кнопкой в системной панели редактора.

СОВЕТ Рекомендуется импортировать текст в html-документ из буфера обмена, предварительно набрав его в редакторе Notepad (Блокнот). При переносе текстов на web-страницу из других текстовых редакторов, например из Microsoft Word, иногда происходит нарушение форматирования текстовых блоков.