24.4 Interference in a thin film
Unit ini menerangkan fenomena interferens filem nipis (thin film interference) bagi cahaya tuju hampir normal dan menyelesaikan masalah berkaitan, termasuk kesan perubahan fasa semasa pantulan.
SP 24.4.1Explain the phenomenon of thin film interference for nearly normal incident light;
Huraian SPApa yang perlu dikuasai
Untuk guru: kata tugas Explain (Menerangkan)
Calon perlu menerangkan bagaimana interferens filem nipis terhasil bagi cahaya tuju hampir normal, termasuk peranan perubahan fasa π semasa pantulan.
- IsiDua sinar pantulan koherenHuraian
Sebahagian cahaya dipantulkan di permukaan atas filem dan sebahagian di permukaan bawah. Kedua-duanya berasal daripada gelombang yang sama (pembahagian amplitud), jadi koheren. Bagi tuju hampir normal, beza lintasan optik ialah 2nt.
ContohLapisan minyak nipis di atas jalan basah kelihatan berwarna-warni.
- IsiPerubahan fasa semasa pantulanHuraian
Pantulan dari medium berindeks lebih tinggi mengalami perubahan fasa π (setara λ/2); pantulan dari medium berindeks lebih rendah tiada perubahan fasa. Bilangan perubahan fasa menentukan syarat cerah dan gelap.
ContohBuih sabun dalam udara: hanya pantulan atas mengalami π, jadi filem yang sangat nipis kelihatan gelap.
NotaFenomena interferens filem nipis
Apabila cahaya tuju hampir normal pada filem nipis berketebalan t dan berindeks n, sebahagian cahaya dipantulkan di permukaan atas dan sebahagian lagi dibiaskan, dipantulkan di permukaan bawah lalu keluar semula. Dua sinar pantulan ini koheren (pembahagian amplitud). Beza lintasan optik antara keduanya ialah 2nt. Pantulan dari medium berindeks rendah ke permukaan medium berindeks lebih tinggi mengalami perubahan fasa π (setara dengan beza lintasan λ/2); pantulan pada medium berindeks lebih rendah tiada perubahan fasa. Warna pada buih sabun dan lapisan minyak terhasil kerana panjang gelombang berbeza memenuhi syarat konstruktif pada ketebalan berbeza.
JadualSyarat bagi cahaya pantulan (tuju normal)
| Keadaan | Contoh | Cerah (konstruktif) | Gelap (destruktif) |
|---|---|---|---|
| Satu perubahan fasa π | Buih sabun dalam udara; filem udara antara dua kaca | 2nt = (m + ½)λ | 2nt = mλ |
| Dua atau tiada perubahan fasa | Salutan MgF₂ (n = 1.38) pada kaca (n = 1.50) | 2nt = mλ | 2nt = (m + ½)λ |
Peta alirLangkah menganalisis filem nipis
- Kenal pasti indeks biasan medium atas, filem dan medium bawah
- Tentukan bilangan pantulan yang mengalami perubahan fasa π
- Tulis beza lintasan optik 2nt
- Pilih syarat cerah atau gelap yang sesuai daripada jadual
- Selesaikan t atau λ; ketebalan minimum biasanya m = 0
Peta buihContoh interferens filem nipis
SP 24.4.2Solve problems relating to thin film interference.
Huraian SPApa yang perlu dikuasai
Untuk guru: kata tugas Solve (Menyelesaikan)
Calon perlu menyelesaikan masalah filem nipis dengan memilih syarat yang betul mengikut bilangan perubahan fasa.
- IsiSatu perubahan fasaHuraian
Cerah: 2nt = (m + ½)λ; gelap: 2nt = mλ.
ContohFilem sabun n = 1.33 memantulkan 600 nm dengan kuat: t minimum = λ/(4n) = 113 nm.
- IsiDua atau tiada perubahan fasaHuraian
Cerah: 2nt = mλ; gelap: 2nt = (m + ½)λ.
ContohSalutan MgF₂ (n = 1.38) pada kaca bagi pantulan minimum 550 nm: t = λ/(4n) = 99.6 nm ≈ 100 nm.
Peta alirContoh: salutan antipantulan
- Salutan MgF₂ (n = 1.38) pada kanta kaca (n = 1.50), λ = 550 nm, mahu pantulan minimum
- Kedua-dua pantulan (udara-MgF₂ dan MgF₂-kaca) mengalami perubahan fasa π, maka saling batal
- Syarat gelap: 2nt = (m + ½)λ; ketebalan minimum m = 0: t = λ/(4n)
- t = 550 nm / (4 × 1.38) = 550 nm / 5.52 = 99.6 nm ≈ 100 nm
Peta alirContoh: buih sabun
- Filem sabun n = 1.33 dalam udara, cahaya pantulan cerah bagi λ = 600 nm
- Satu perubahan fasa (di permukaan atas sahaja)
- Syarat cerah: 2nt = (m + ½)λ; minimum m = 0: t = λ/(4n)
- t = 600 nm / (4 × 1.33) = 600 nm / 5.32 = 113 nm
Ingat: mnemonik & kad imbas
Mnemonik
- TPN
- T: Tebal filem t (beza lintasan 2nt); P: Perubahan fasa π apabila memantul pada medium berindeks lebih tinggi; N: iNdeks n filem mendarab ketebalan
Kad imbas
- Beza lintasan optik filem nipis (tuju normal)
- 2nt
- Bila berlaku perubahan fasa π semasa pantulan?
- Apabila cahaya memantul pada medium berindeks biasan lebih tinggi
- Syarat cerah buih sabun dalam udara
- 2nt = (m + ½)λ
- Ketebalan minimum salutan antipantulan
- t = λ/(4n)
- Mengapa buih sabun berwarna-warni?
- Ketebalan berbeza menguatkan panjang gelombang berbeza
Semak kefahaman
Bagaimanakah dua sinar koheren diperoleh dalam interferens filem nipis? (SP 24.4.1)
Lihat jawapan
Melalui pembahagian amplitud: sebahagian cahaya dipantulkan di permukaan atas dan sebahagian di permukaan bawah filem.
Salutan MgF₂ (n = 1.38) pada kaca digunakan untuk pantulan minimum bagi λ = 600 nm. Hitung ketebalan minimum salutan. (SP 24.4.2)
Lihat jawapan
Dua perubahan fasa; gelap apabila 2nt = λ/2, t = λ/(4n) = 600 ÷ 5.52 = 109 nm.
11 soalan latihan pelbagai aras, kad imbas dan Kad Tahniah ada dalam mod interaktif.
Untuk guru: cadangan aktiviti ikut aras kognitif (4)
- Mengingat
Aktiviti: Murid menulis syarat interferens membina dan memusnah dalam filem nipis pada tuju hampir normal, termasuk perubahan fasa π semasa pantulan dalam 10 minit.
Bukti hasil kerja: Kad semakan dengan syarat betul; semak ketepatan dan kelengkapan oleh guru.
SP disasar: 24.4.1 · Latihan sepadan: aras Mengingat - Memahami
Aktiviti: Dalam pasangan, murid menerangkan warna gelembung sabun dan titisan minyak di jalan menggunakan lakaran sinar daripada permukaan atas dan bawah.
Bukti hasil kerja: Lakaran sinar dan penerangan; semak ketepatan dan kelengkapan oleh guru.
SP disasar: 24.4.1 · Latihan sepadan: aras Memahami - Mengaplikasi
Aktiviti: Murid mengira ketebalan minimum filem untuk interferens membina atau memusnah pada λ tertentu dengan indeks n diberi.
Bukti hasil kerja: Lembaran pengiraan berunit; semak ketepatan dan kelengkapan oleh guru.
SP disasar: 24.4.2 · Latihan sepadan: aras Mengaplikasi - Menganalisis
Aktiviti: Dalam kumpulan, murid menganalisis salutan antipantulan pada kanta dan menentukan ketebalan salutan dan indeks yang sesuai.
Bukti hasil kerja: Pengiraan dan penjelasan; semak ketepatan dan kelengkapan oleh guru.
SP disasar: 24.4.2 · Latihan sepadan: aras Menganalisis
Cadangan ini mengikut aras kognitif hasil pembelajaran (bukan TP DSKP kerana STPM tiada TP). Buka unit dan latihan
Siapkan unit ini dalam mod interaktif untuk mendapat bintang, anggaran TP dan Kad Tahniah. Siapkan semua 109 unit Fizik STPM untuk Sijil Penghargaan SistemGuru.My.