Волновая оптика: интерференция, дифракция и поляризация

Задания на разность хода, максимумы дифракционной решётки и свойства двух поляризаторов.

  • 8 вопросов
  • ≈ 8 мин
  • Средний
  • физика
  • 11 класс
  • волновая оптика

Вопросы и ответы

Выберите ответ мысленно и откройте пояснение для проверки.

  1. Две одинаково поляризованные световые волны идут от синфазных когерентных источников. Разность хода до точки равна двум длинам волны. Что наблюдается в точке?

    • Только поляризация
    • Интерференционный максимум
    • Интерференционный минимум
    • Усиление невозможно без увеличения частоты
    Ответ и пояснение

    Верный ответ: Интерференционный максимум

    При целой разности хода в длинах волн колебания приходят в одинаковых фазах и усиливают друг друга.

  2. Две одинаково поляризованные световые волны равной амплитуды идут от синфазных когерентных источников. Их разность хода равна 1,5 длины волны. Каков результат наложения?

    • Максимум интенсивности
    • Изменение скорости света в вакууме
    • Минимум интенсивности
    • Удвоение частоты света
    Ответ и пояснение

    Верный ответ: Минимум интенсивности

    Нечётное число полуволн в разности хода означает противофазу. При равных амплитудах колебания гасят друг друга.

  3. Что должно сохраняться у двух источников света, чтобы их интерференционная картина оставалась устойчивой?

    • Обязательно одинаковый размер источников
    • Амплитуда, равная нулю
    • Расстояние между каждым источником и глазом наблюдателя
    • Разность фаз
    Ответ и пояснение

    Верный ответ: Разность фаз

    Когерентные волны имеют постоянную разность фаз. Если она быстро меняется, максимумы и минимумы смещаются и картина размывается.

  4. На решётку с периодом 2 мкм нормально падает свет с длиной волны 500 нм. Чему равен синус угла максимума первого порядка?

    • 0,25
    • 1,00
    • 0,50
    • 0,75
    Ответ и пояснение

    Верный ответ: 0,25

    Длина волны 500 нм равна 0,5 мкм. По условию d sin θ = λ для первого порядка получаем 0,5 / 2 = 0,25.

  5. Для решётки отношение её периода к длине волны равно 2,4. Какой наибольший порядок главного максимума возможен при нормальном падении?

    • Третий
    • Первый
    • Второй
    • Четвёртый
    Ответ и пояснение

    Верный ответ: Второй

    Из d sin θ = mλ и ограничения sin θ ≤ 1 следует m ≤ 2,4. Наибольшее допустимое целое число — 2.

  6. При одной и той же длине волны щель сужают, но её ширина остаётся больше длины волны. Как меняется угловая ширина центрального дифракционного максимума в дальней зоне?

    • Центральный максимум превращается в спектр разных частот
    • Она увеличивается
    • Она уменьшается
    • Она остаётся неизменной
    Ответ и пояснение

    Верный ответ: Она увеличивается

    Чем меньше ширина щели по сравнению с длиной волны, тем сильнее свет отклоняется от прямого направления. Центральная полоса становится шире.

  7. Что покажет идеальная модель двух поляризаторов, если повернуть их оси пропускания на 90° друг относительно друга?

    • Поворот не изменит интенсивность
    • Свет станет вдвое ярче
    • Через систему пройдёт только более длинная половина спектра
    • Второй поляризатор погасит прошедший через первый свет
    Ответ и пояснение

    Верный ответ: Второй поляризатор погасит прошедший через первый свет

    После первого поляризатора свет поляризован вдоль его оси. У этой поляризации нет составляющей вдоль перпендикулярной оси второго.

  8. Две длины волны — 450 и 650 нм — падают на одну решётку. Для обеих виден максимум первого порядка. Для какой угол больше?

    • Угол всегда больше у света большей частоты
    • Для 450 нм
    • Для 650 нм
    • Углы одинаковы
    Ответ и пояснение

    Верный ответ: Для 650 нм

    Для одного порядка и одного периода решётки sin θ пропорционален длине волны. У 650 нм угол больше.

Лучевая модель удобна для зеркал и линз. Здесь понадобится волновая модель: по ней можно понять, почему в одной точке экрана колебания усиливают друг друга, а в соседней ослабляют.

В расчётах приведите длину волны и период решётки к одинаковым единицам. Если из условия максимума получается синус угла больше единицы, максимум такого порядка наблюдать нельзя.