ENTLab
РусскийҚАЗ
← Все темы: Физика

Физика · теория к ЕНТ

Интерференция и дифракция света

Волновая оптика объясняет, почему свет даёт чередование светлых и тёмных полос и раскладывается решёткой в спектр. Здесь собраны формулы для таких задач.

Потренировать эту темуС полным доступом — тренировка по этой теме, без него — бесплатный тест по предмету.

Что проверяет ЕНТ по этой теме

Раздел: 06 Оптика

Пункт спецификации НЦТ: 19 Волновая оптика

По нашей оценке, в варианте в среднем 1 задание по этой теме из 40.

Спецификация ЕНТ 2026 по этому предмету: темы и задания

Что нужно уметь

  • Объяснять интерференцию и дифракцию света, записывать условия максимумов и минимумов
  • Рассчитывать оптическую разность хода и расстояние между полосами в опыте Юнга
  • Применять формулу дифракционной решётки и объяснять порядок цветов в спектре
  • Учитывать изменение длины волны света при переходе в другую среду

Кратко о главном

  • Когерентность. Устойчивую картину дают волны одной частоты с постоянной разностью фаз; независимые источники света обычно некогерентны.
  • Условия интерференции. Для источников в одной фазе максимум при \Delta = k\lambda, минимум при \Delta = (2k+1)\frac{\lambda}{2}, где \Delta — оптическая разность хода, k = 0, 1, 2, \dots
  • Оптический путь. Произведение показателя преломления n на длину пути. Пластинка толщиной h в воздухе на пути одного луча (при нормальном падении) добавляет к разности хода (n-1)h.
  • Опыт Юнга. При L \gg d расстояние между соседними полосами \Delta x = \frac{L\lambda}{d}, где L — расстояние до экрана, d — между щелями.
  • Дифракционная решётка. d\sin\varphi = k\lambda, где d — период решётки, \varphi — угол на максимум порядка k. Из \sin\varphi \le 1 следует k \le \frac{d}{\lambda}.
  • Свет в среде. Частота не меняется, длина волны уменьшается в n раз: \lambda = \frac{\lambda_0}{n}, где \lambda_0 — длина волны в вакууме.

Задания с разбором

Из банка заданий ENTLab, не из вариантов НЦТ. Сначала попробуй решить, потом открой разбор.

В опыте Юнга в воздухе расстояние между соседними светлыми полосами на экране равно 2{,}4 мм. Всю установку погрузили в прозрачную жидкость с показателем преломления 1{,}6. Расстояние между соседними светлыми полосами стало равно
  • A)3{,}84 мм
  • B)2{,}4 мм
  • C)0{,}15 мм
  • D)1{,}5 мм
Ответ и разбор

Верный ответ: D

Расстояние между полосами \Delta x = \frac{L\lambda}{d} пропорционально длине волны. В жидкости частота света не меняется, а длина волны уменьшается в n раз: \lambda' = \frac{\lambda}{n}. Поэтому \Delta x' = \frac{\Delta x}{n} = \frac{2{,}4}{1{,}6} = 1{,}5 мм. Вариант 3{,}84 мм = 2{,}4\cdot 1{,}6 — умножили на n, решив, что длина волны в среде растёт. Вариант 2{,}4 мм — считали, что среда на картину не влияет. Вариант 0{,}15 мм — ошибка в положении запятой при делении.
Белый свет нормально падает на дифракционную решётку. В спектре первого порядка дальше всего от центрального максимума находится
  • A)красный свет, так как угол максимума растёт с длиной волны
  • B)фиолетовый свет, так как угол максимума растёт с частотой
  • C)фиолетовый свет, так как у него наименьшая длина волны
  • D)белый свет, так как решётка одинаково отклоняет все волны
Ответ и разбор

Верный ответ: A

Для максимума первого порядка d\sin\varphi = \lambda: чем больше длина волны, тем больше угол отклонения. У красного света длина волны наибольшая в видимом спектре, поэтому красный край спектра дальше всего от центра. Вариант B ошибочен: с ростом частоты длина волны уменьшается, и угол тоже уменьшается. Вариант C: у фиолетового света действительно наименьшая длина волны, но поэтому он ближе всего к центру, а не дальше. Вариант D: белым остаётся только центральный максимум (k = 0), где разность хода равна нулю для всех волн; в спектре первого порядка волны разной длины расходятся.

Типичные ошибки

  • Считать, что в среде длина волны растёт или меняется частота. Частота сохраняется, а длина волны уменьшается в n раз, поэтому в жидкости полосы сближаются.
  • Брать разность хода от пластинки равной nh. Второй луч на том же участке проходит путь h в воздухе, поэтому разность равна (n-1)h.
  • Путать порядок цветов: в спектре решётки красный свет отклоняется сильнее фиолетового, а в призме наоборот — сильнее отклоняется фиолетовый.
  • Не переводить единицы: нанометры и микрометры нужно перевести в метры, а для решётки с N штрихами на 1 мм период равен d = \frac{1}{N} мм.

Вопросы по теме

Почему дифракционная решётка отклоняет красный свет сильнее, чем фиолетовый?
По формуле d\sin\varphi = k\lambda при одном и том же порядке k угол тем больше, чем больше длина волны. У красного света длина волны наибольшая в видимом диапазоне, поэтому его максимум дальше от центра. Центральный максимум (k = 0) остаётся белым: там разность хода нулевая для всех волн. В призме порядок цветов обратный: из-за дисперсии фиолетовый преломляется сильнее.
Как найти наибольший порядок спектра дифракционной решётки?
Из d\sin\varphi = k\lambda и условия \sin\varphi \le 1 следует k \le \frac{d}{\lambda}, и берут целую часть этого отношения. Например, при d = 2 мкм и \lambda = 0{,}6 мкм отношение равно 3{,}33, значит, наибольший порядок k = 3. Если отношение — целое число, максимум этого порядка лежал бы под углом 90^\circ, и на экране его не видно.
Потренировать эту тему

ENTLab пишет теорию своими словами на основе спецификации НЦТ. Мы не НЦТ и никак с ним не связаны.