Й комплект

1. Стоячая волна является частным случаем явления интерференции. Поясните.

2. Выразите связь граничных условий для смещений частиц и звукового давления (рис 4, а, б).

3. В упражнении 1 учитывается и вычисляется только приборная погрешность, а в упражнении 2 - приборная и случайная. Почему?

Описание работы написали и составили вопросы для самоконтроля ст. преподаватели Афанасьев Б.Л и Гусева Е.А.

Лабораторная работа № 12-К

«ИЗУЧЕНИЕ ИНТЕРФЕРЕНЦИИ СВЕТА»

Введение

1.1. Радужная окраска нефтяных и масляных пятен на поверхности воды, цвета побежалости на закаленных металлах, сиреневый оттенок объектива фотоаппарата – эти и многие другие явления объясняются интерференцией света.Явление интерференции имеет самое широкое применение для измерения длины волны излучения, определения толщины пленок, плотности, показателя преломления и дисперсионных свойств веществ, для контроля качества поверхности, при просветлении оптики и т. д.

1.2. Целью работы является изучение интерференции световых волн методом колец Ньютона и определение радиуса кривизны линзы.

Основные понятия

2.1. Интерференцией называется явление перераспределения световой энергии при наложении когерентных волн, в результате которого возникают максимумы и минимумы интенсивности.

Когерентными называются волны с постоянной во времени разностью фаз.

Рис. 1

В интерференционных схемах когерентные волны получают путем искусственного разделения светового потока, исходящего из одного источника, на две или более частей.

В данной работе монохроматический параллельный пучок света падает нормально на установку, состоящую из стеклянной плосковыпуклой линзы и плоскопараллельной пластины (рис. 1). При наложении лучей света 1' и 1'', отраженных соответственно от верхней и нижней границ тонкой воздушной прослойки, находящейся между поверхностью пластинки и соприкасающейся с ней выпуклой сферической поверхностью линзы, наблюдается интерференционная картина. Геометрическая разность хода лучей 1' и 1'' равна удвоенной толщине воздушной прослойки в месте падения лучей. Поскольку луч 1'' отражается от оптически более плотной среды, фаза отраженной волны меняется на p, что эквивалентно дополнительной разности хода лучей, равной l /2. В результате оптическая разность хода D лучей 1' и 1'' равна (см. рис. 1)

. (1)

Если оптическая разность хода интерферирующих волн D составляет нечетное число полуволн, наблюдается ослабление света (min интерференции)

. (2)

Усиление света (max интерференции) происходит, если оптическая разность хода составляет целое число длин волн

, (3)

где n ­ порядок интерференции (n = 0, 1, 2...).

Интерференционные максимумы и минимумы соответствуют определенным толщинам воздушной прослойки, образуя интерференционные полосы равной толщины, которые в данном случае имеют вид чередующихся темных (min) и светлых (max) концентрических колец ­ колец Ньютона.

Условие образования n -го темного кольца с учетом (1) и (2) запишется так:

. (4)

2.2. При освещении установки белым светом интерференционные кольца окрашены. Число наблюдаемых колец невелико, так как происходит наложение колец разных длин волн, и они расплываются.

2.3. Вследствие деформации контакт линзы с пластиной осуществляется не в одной точке. В результате центральное (нулевое) темное пятно имеет относительно большие размеры. Так как обычно используется тонкая пластинка, то деформируется (прогибается) в основном она. Это изображено на рис.1, где 2r ₀ ­ диаметр центрального темного пятна. Приближенно считая остальную часть стеклянной пластинки недеформированной, можно рассчитать радиус кривизны линзы R, измерив радиусы нескольких темных колец.

Из рис.1 следует, что глубину деформации пластины d ₀ можно выразить как

. (5)

Учитывая малость углов, имеем

, (6)

. (7)

Решая совместно (6) и (7), получаем

. (8)

Толщины воздушных прослоек находим из выражения (4)

. (9)

Далее, аналогично (6),(7) и (8) . (10)

Решая совместно (8), (9) и (10), получаем расчетную формулу для радиуса кривизны линзы

(11)

где r ₀ ­ радиус центрального темного пятна; r _{n 1} и r _{n 2} ­ радиусы темных колец с соответствующими номерами; l ­ длина волны излучения.

2.4. Эксперимент заключается в получении интерференционной картины и измерении радиусов двух темных колец. Дальнейшая обработка результатов измерений позволяет вычислить радиус кривизны линзы R и его погрешность.

Дата добавления: 2015-07-15