otchet_po_fizike4

Белорусский Государственный Университет

Информатики и Радиоэлектроники Кафедра физики

Отчет по лабораторной работе №2.15(2)

«ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ ИНТЕРФЕРЕНЦИИ СВЕТА (КОЛЬЦА НЬЮТОНА)»

Выполнили: Проверил:

Студенты группы 250501 Мурзов В.И.

Сивцевич В.Г.

Пичкур Е.В.

Рынкевич Е.С.

Минск 2013

Цель работы:

1. Изучить явление интерференции света в тонких пленках.

2. Проанализировать изменение характера интерференционной картины в зависимости от длины волны.

3. Рассчитать радиус кривизны линзы.

Расчетные формулы:

Данные:

ϒ=2,8*10^-5 м/дел

Результаты измерений и вычислений:

Цвет	n	m	Dn	Dm	λ,мкм	R,мм
Красный	2	5	5,6	9	0,65	4,989
Синий	2	4	4,5	7	0,52	5,418
Зеленый	2	5	5	8	0,56	4,55
Оранжевый	2	4	5,4	7,6	0,58	4,832

Контрольные вопросы:

1. В чем состоит явление интерференции?

Процесс интерференции совершается при содействии двух и более волн схожей амплитуды, распространяющихся во всевозможных направлениях. При этом этот процесс легко заметить и у волн, распространяющихся в среде. То есть интерференция является параметром волн, а также не зависит ни от параметров среды, ни от ее наличия.

2. Какие волны называются когерентными?

Волны называются когерентными, если они имеют одинаковую частоту и постоянную во времени разность фаз.

3. Как вычисляется оптическая длина пути волны при её распространении в однородной среде?

Оптической длиной пути между точками А и В прозрачной среды называется расстояние, на которое свет (Оптическое излучение) распространился бы в вакууме за время его прохождения от А до В. Оптической длиной пути в однородной среде называется произведение расстояния, пройденного светом в среде с показателем преломления n, на показатель преломления:

Для неоднородной среды необходимо разбить геометрическую длину на столь малые промежутки, что можно было бы считать на этом промежутке показатель преломления постоянным:

Полная оптическая длина пути находится интегрированием:

4. Как вычисляется оптическая разность хода двух когерентных волн?

Оптическая разность хода двух волн (когерентных) равна где L1 и L2 – оптические длины пути, проходимые соответственно первой и второй волной от источника до точки наблюдения; λ0 – длина волны в вакууме; число δ может принимать значения либо 0, либо 1 в зависимости от способа реализации когерентных волн. Если общее число N отражений первой и второй волн от оптически более плотной среды на L1 и L2 является нечетным, то δ = 1. Этим учитывается мгновенное изменение фазы волны на противоположную при отражении ее от оптически более плотной среды (скачок фазы на π), т. е. имеет место «потеря» половины длины волны. Во всех остальных случаях δ = 0. Сформулировать условия наблюдения интерференционных максимумов и минимумов. Условие образования интерференционного максимума: Если разность фаз колебаний, возбуждаемых когерентными волнами в некоторой точке пространства, равна Ф1 – Ф2 = 2πm, где m = 0, ±1, ±2, … , то интенсивность фаз результирующей волны в некоторой точке пространства достигает максимума, и в этой точке пространства будет наблюдаться максимум интенсивности. Если оптическая разность хода когерентных волн в некоторой точке пространства равна четному числу длин полуволн в вакууме: , где m = 0, ±1, ±2, … , то в этой точке пространства будет наблюдаться максимум интенсивности. Условие образования интерференционного минимума: Если разность фаз колебаний, возбуждаемых когерентными волнами в некоторой точке пространства, равна Ф1 – Ф2 = (2m+1)π, где m = 0, ±1, ±2, … , то интенсивность фаз результирующей волны в некоторой точке пространства достигает минимума, и в этой точке пространства будет наблюдаться минимум интенсивности. Если оптическая разность хода когерентных волн в некоторой точке пространства равна нечетному числу длин полуволн в вакууме: , где m = 0, ±1, ±2, … , то в этой точке пространства будет наблюдаться минимум интенсивности. Объяснить возникновение интерференционной картины в данном эксперименте.   На плоской стеклянной поверхности лежит плоско-выпуклая стеклянная линза небольшой кривизны (обычно берут линзу с фокусным расстоянием порядка метра). Система освещается параллельным пучком естественного или монохроматического света сверху, со стороны линзы. Вблизи оптической оси системы (то есть точки касания линзы и стеклянной подложки) разность хода лучей, отраженных от подложки и выпуклой поверхности линзы, невелика и медленно изменяется по квадратичному закону с ростом расстояния до оси системы R:   , где R0 - радиус кривизны линзы, порядка метра;  - длина волны света; d - малый зазор между линзой и подложкой (см. рис. 1).   В случае, когда =2m, то есть разность хода обеих отраженных волн кратна длине волны, - обе волны складываются синфазно, то есть дают в отраженном свете интерференционный максимум. Это соответствует условию:   .   Таким образом, интерференционные максимумы имеют вид концентрических колец с центром в точке касания линзы и подложки. В случае, когда падающее излучение - естественный свет, для разных его длин волн положение интерференционных максимумов различно, и в пределах первых трех - четырех интерференционных порядков m наблюдаются системы вложенных окрашенных колец. Такие кольца и называются кольцами Ньютона, первым их наблюдавшего. Вывести формулу радиусов темных колец в отраженном свете. Как изменится картина колец Ньютона при изменении показателя преломления вещества, заполняющего зазор между линзой и пластинкой? Радиусы колец изменятся обратно пропорционально , где n – показатель преломления вещества, заполняющего зазор между линзой и пластинкой. Почему в центре интерференционной картины в отраженном свете возникает темное пятно? При каких условиях оно сменится на светлое? Т. к. в центре r = 0, то оптическая разность хода волн в отраженном свете составит , т. е. возникнет условие интерференционного минимума. Светлым пятно станет в проходящем свете.