Методы Наблюдения Интерференции Света Реферат
⚡ 👉🏻👉🏻👉🏻 ИНФОРМАЦИЯ ДОСТУПНА ЗДЕСЬ ЖМИТЕ 👈🏻👈🏻👈🏻
Методы Наблюдения Интерференции Света Реферат
Главная
Коллекция "Otherreferats"
Физика и энергетика
Интерференция света
Изложение задач, связанных с интерференцией света: когерентность и монохроматичность; принцип Гюйгенса; наблюдение интерференции света (метод Юнга и зеркала Френеля); интерференция от двух источников; интерференция в тонких плёнках; кольца Ньютона.
посмотреть текст работы
скачать работу можно здесь
полная информация о работе
весь список подобных работ
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
1. Когерентность и монохроматичность
4. Интерференция от двух источников
Список использованной литературы и источников
Свет представляет собой электромагнитную волну и обладает всеми сво й ствами волн, которые мы рассматривали в механике. Важнейшими проявлениями волнов ых свойств являются интерференция и дифракция света. Свет имеет очень малую длину волны ( ~ 0,5 мкм), поэтому наблюдение его волновых свойств пре д ставляет некоторые трудности , связанные с заданием и определением малых длин . Интерферирующие волны должны удовлетворять определенным требов а ниям, в частности, эти волны должны быть монохроматическими и когерентн ы ми. В этой главе рассматриваются простейшие задачи, связанные с интерфере н цией света.
интерференция свет когерентность монохроматичность
1. Когерентность и монохроматичность
Необходимым условием интерференции волн является их когерентность. Волны наз ываются когерентными, если разность их фаз остается постоянной во времени. Плоская волна, которая описывается уравн е нием
представляет собой бесконечную в пространстве волну, которая имеет стр о го фиксированную постоянную частоту. Такие волны наз ывают монохроматич е скими. Подчеркнем, что понятие монохроматичности относится к одной волне (бесконечная синусоида), а когерентными могут быть не менее двух волн (прои з водится сравнение волн).
С ветовые лучи представляют собой поток коротких импульсов (волновых пакетов, волновых цугов). Оценим длину волнового пакета. Квант света испускается при переходе электрона в атоме из одного уровня на другой. Длител ь ность этого перехода составляет t 0 ~ 10 - 8 с. Следовательно, длина волнового пакета м. Учитывая длину световой во л ны, можно отметить, что в одном волновом пакете укладывается несколько ми л лионов длин волн.
Фазы различных волновых цугов никак не связаны между собой, поэтому различные волновые цуги не когерентны и не могут интерферировать между собой. Вернее, можно сказать, что волны интерферируют, но результат интерфере н ции изменяется настолько быстро ( с), что наблюдать эту интерференцию не удается. Для наблюдения интерференции световых волн обычно разделяют волну, испущенную одним источником, на две части. Затем эти разделенные во л ны проходят различные оптические пути и соединяются. При наложении волн наблюдается интерференция , т.к. эти волны будут когерентными. Хотя их фазы и з меняются очень быстро, но разность фаз будет оставаться неизменной.
Волновая оптика основывается на принципе Гюйгенса: Каждая точка, до которой доходит волна, служит центром вторичных волн, а огибающая втори ч ных волн дает положение волнового фронта.
Этот принцип используют для описания движения различных волн. Отм е тим, что для использования принципа Гюйгенса надо знать фазы волн в разли ч ных точках пространства, вернее, связь между фазами для различных точек пространства в данный момент времени. Используя этот принцип, можно геометрически построить фронт распространяющейся во л ны.
Интерференцией волн наз ывается усиление или ослабление результиру ю щей волны при наложении двух или более когерентных волн. Световая волна опис ы вается формулой
Рассмотрим две плоские монохроматические световые волны, приходящие в данную точку в момент вр е мени t :
Складывая эти волны, получим результирующую волну, которая описыв а ется уравнением
амплитуда результирующей волны, угол ц определяется формулой
Интенсивность световой волны пропорциональна квадрату амплитуды . Интенсивность результирующей волны
Из этой формулы видно, что в зависимости от разности начальных фаз, может происходить усиление или ослабление интенсивн о сти света.
Для некогерентных волн угол изменяется, принимая с равной вероятностью любые значения. Следовательно, для среднего по периоду значения косинуса получим
Соответственно, средние значения амплитуды и интенсивности
т.е. для складывающихся некогерентных волн имеет место только усиление света.
Лучи от различных источников обычно бывают некогерентными, поэтому интерференции света от них не происходит. Д ля получения интерференции двух световых лучей разделяют лучи от одного источника и заставляют их двигаться по различным путям. Рассмотрим интерференцию лучей, разделенных в некоторой точке и прошедших различные оптические п у ти .
Полагая начальную фазу лучей равной нулю, запишем уравнения для обоих лучей
Здесь v 1 и v 2 - скорости первого и второго лучей. Ра з ность фаз в точке P
Здесь учтено, что и - длина световой волны в ваку у ме.
Оптической длиной пути наз ывают выражение L = sn . Соответственно, о п тической разностью хода наз ывается выражение Д = L 2 - L 1 . Разность фаз можно записать в в и де
Выясним условия усиления и ослабления интенсивности в точке P .
Изменяя оптическую длину пути, можно в данной точке получить минимум или максимум интенсивности света.
Для получения когерентных лучей используют различные методы и приб о ры. Рассмотрим простейшие из них.
Метод Юнга. Это о дин из первых методов, позволивший наблюдать инте р ференцию света. Источник света - ярко освещенная щель S (предполагается, что достаточно длинная щель расположена перпендикулярно плоскости рисунка) . Свет попадает на две равноудаленные щели S 1 и S 2 . Интерференция наблюдается на экране Э между точками B и C . В рассматриваемую точку приходят лучи из двух источников S 1 и S 2 . Эти лучи являются когерен т ными, т.к. оба они исходят из одного источника S . После разделения лучи двигались по различным траект о риям и имеют различные оптические длины пути. Главным здесь является то, что в различные моменты времени для различных цугов оптическая разность хода б у дет одна и та же. Это позволяет иметь стабильную интерференционную карт и ну на экране.
Для получения когерентных лучей можно использовать явления отражения и преломления световых лучей.
Зеркала Френеля. Используя явление зеркального отражения световых лучей, Френель предложил систему двух зеркал, у гол между которыми мало отл и чается от р. Отраженные лучи являются когерентными и могут интерферировать в общей зоне PQ . В целом система действует так, как будто лучи выходят из двух фиктивных источников и . Более детально методы наблюдения интерференции св е та с использованием зеркал и бипризмы Френеля обсуждаются в [1].
Бипризма Френеля состоит из д в ух одинаковых призм с малыми преломл я ющими углами. Призмы соединяются основаниями, как показано на рисунке. Свет от источника , проходя через призмы, преломляется по-разному. Луч, и с ходящий из S , разделяется на два когерентных луча. В целом система действует так, как будто лучи выходят из двух фикти в ных источников и .
Более сложными приборами являются различные интерферометры, в час т ности, интерферометр Майкельсона. Но почти во всех приборах, использующих явление интерференции света, исходный луч разделяется на два или больше л у чей, которые двигаются по различным оптическим путям. Затем эти лучи объединяю т ся. Анализируя картину интерференции, можно получить информацию об исто ч нике света, длине волны и пр.
4. Интерференция от двух источников
В рассматриваемых схемах интерференционных приборов на экране и нте р ферировали лучи от двух источников, реальных или мнимых. Выполним расчет интерференционной картины от двух источников. Будем считать, что источники н а ходятся на расстоянии d друг от друга, интерференция наблюдается на экране Э, отстоящем на расстоянии l от источников. При этом выполнено условие .
Интерференционная картина, которая имеет вид чередующихся светлых и темных полос, наблюдается на экране (Э), расположенном на расстоянии l параллельно S 1 и S 2 . Положение точки на экране будем характеризовать координатой х, показанной на рисунке. Начало отсчета выберем в точке О, относительно которой S 1 и S 2 расположены симметрично. Источники будем считать колеблющимися в одинаковой фазе. Имеем
Распределение интенсивности излучения вдоль оси х имеет вид , показа н ный на рисунке.
Шириной интерференционной полосы наз ывают расстояние между двумя соседними максимумами (минимумами)
Зная l , d и измеряя Дx , можно определить длину волны л . Если световая волна не монохроматична, то, для различных длин волн максимумы будут расп о ложены в различных точках.
Радужное окрашивание тонких пленок (мыльные пузыри, масляные пленки на воде ) возникает в результате интерференции света. Рассмотрим картину интерференции, создаваемую пленкой толщины d , имеющей показатель преломл е ния n .
Размещено на http://www.allbest.ru/
При падении световой волны на тонкую прозрачную пленку происходит отражение от обеих повер х ностей пластинки. В результате возникают две световые волны, которые мо гут интерфер и ровать. Отметим, что в рамках электродинамики можно показать, что при отр а жении электромагнитной волны от более плотной среды происходит потеря пол у волны.
Н а плоскопараллельную прозрачную пленку с показателем преломления п и толщиной d под углом i падает плоская монохроматическая волна. Будем предполагать, что по обе стороны от пленки находится одна и та же среда (например, воздух с показателем преломления п 0 и . На поверхности пленки в точке A луч разделится на два: частично отразится от верхней поверхности пленки, а частично преломится. Преломленный луч, дойдя до точки D , частично преломится в воздух, а частично отразится и пойдет к точке C . Здесь он опять частично отразится (из-за малой интенсивности не рассматриваем) и преломится, выходя в воздух под углом i . Преломленная волна (луч 1'') накладывается на волну, непосредственно отраженную от верхней поверхности (луч 2' ) .Вышедшие из пленки лучи 1', 1'' и 2' когерентны, если оптическая разность их хода мала по сравнению с длиной когерентности падающей волны.
Если на пути лучей поставить собирающую линзу, то лучи сойдутся в одной из точек фокальной плоскости линзы и дадут интерференционную картину. Образуется оптическая разность хода, возникающая между двумя интерферирующими лучами 2' и 1''
где член обусловлен потерей полуволны при отражении света от границы раздела. Если n > n 0 , то потеря полуволны произойдет в точке А и будет иметь знак минус, если же n < n 0 , то потеря полуволны произойдет в точке D и будет иметь знак плюс. Для простоты будем считать, что . Имеем
С учетом потери полуволны для оптической разности хода получим
Полученные формулы можно записать по-другому. Учит ы вая условие
Интерференция наблюдается не только в отраженном свете, но и проходящем сквозь пленку свете, но т.к. оптическая разность хода для проходящего света отличается от для отраженного света на , то максимумам интерференции в отраженном свете соответствуют минимумы в проходящем, и наоборот.
Картина интерференции зависит от наклона лучей и от толщины пленки. Аналогично можно исследовать случай, когда пленка имеет переменную толщину , например, образует клин. При освещении пленки белым светом для некоторых длин волн выполняется условие максимума отраж е ния, для некоторых других - минимума. Поэтому в отраженном свете пленка кажется окрашенной.
Исследование картины интерференции часто производят с помощью колец Ньютона, которые образуются с помощью плосковыпуклой линзы и плоскопара л лельной пластинки.
Кольца Ньютона можно наблюдать как в отраженном свете, так и в проходящем. Рассмотрим образование колец в отраженном свете. Оптическая разность хода возникает при отражении света от воздушного зазора, образованн о го плоскопараллельной пластинкой и соприкасающейся с ней плосковыпуклой линзой с большим радиусом кривизны. Параллельный пучок света п роходит через линз у и частично отражается от верхней и нижней поверхностей воздушного з а зора между линзой и пластинкой. При наложении отраженных лучей возникают полосы равной толщины, при нормальном падении света имеющие вид концентрических окружностей. В отраженном свете оптическая разность хода
где d -- ширина зазора, п - показатель преломления воздуха в зазоре (можно вместо воздуха поместить в зазор жидкость). Из рисунка следует
где R - радиус кривизны линзы, r - радиус кривизны окружности, всем точкам которой соответствует одинаковый зазор d. Следовательно, оптическая разность хода
Запишем условие минимумов интерференции
Измеряя радиусы соответствующих колец, можно, зная R , определить и, наоборот, по известной найти R.
Положение максимумов зависит от длины волны . Система светлых и темных полос получается только при освещении монохроматическим светом. При наблюдении в белом свете получается совокупность смещенных друг относительно друга полос, образованных лучами разных длин волн, и интерференционная картина приобретает радужную окраску.
Все рассуждения были проведены для отраженного света. Интерференцию можно наблюдать и в проходящем свете. При этом один из лучей испытывает в воздушном зазоре двойное отражение: сначала от пластинки, затем от линзы. При каждом отражении происходит потеря полуволны, поэтому проходящий и отраженный лучи отличаются на л, что не влияет на картину интерференции. Оптическая разность хода колец Ньютона в проходящем и отраженном свете отличаются на , т.е. максимумам интерференции в отраженном свете соответствуют минимумы в проходящем, и наоборот.
Явление интерференции света широко используется в измерительных пр и борах, обладающих высокой точностью - интерферометрах различных типов. Принцип действия всех интерферометров сравнительно прост: монохроматич е ский луч разделяется на два, которые проходят различные оптические пути. Затем эти лучи встречаются и интерферируют. Анализируя картину интерференции, можно измерять длины с точностью до 10 - 5 см, т.е. до десятых и даже сотых д о лей микрона.
Явление интерференции используется, например, для улучшения качества оптических приборов - просветления оптики. Обычно, при прохождении света через линзу отражается около 4% падающего света. Современные объективы с о держат много линз и потери света при отражениях могут быть значительными. Для устранения отражения света на поверхность линзы наносят тонкий слой пр о зрачной пленки с показателем преломления меньшим, чем у линзы.
При отражении света от границ раздела воздух - пленка и пленка - стекло возникает интерференция когерентных лучей. Толщину пленки d и показатели преломления стекла и пленки можно подобрать так, чтобы интерферирующие лучи гасили друг друга. Для этого их амплитуды должны быть равны, а оптическая разность хода подбирается так, чтобы выполнялось условие
Тогда отраженные лучи гасятся , и отражение не происходит.
3. Условие интерференционных максимумов
5. Условие интерференционных минимумов
7. Интерференция от двух источников:
9. Кольца Ньютона в отраженном свете:
Список использ ованной литературы и источников
1. Трофимова Т.И. Курс физики, М.: Высшая школа, 1998, 478 с.
2. Трофимова Т.И. Сборник задач по курсу физики, М.: Высшая школа, 1996, 304 с.
3. Волькенштейн В.С. Сборник задач по общему курсу физики, СПб.: «Специальная литер атура», 1999, 328 с.
4. Трофимова Т.И., Павлова З.Г. Сборник задач по курсу физики с решениями, М.: Высшая школа, 1999, 592 с.
5. Все решения к «Сборнику задач по общему курсу физики» В.С. Волькенштейн, М.: Аст, 1999, книга 1, 430 с., книга 2, 588 с.
6. Красильников О.М. Физика. Методическое руководство по обработке результатов наблюдений. М.: МИСиС, 2002, 29 с.
7. Супрун И.Т., Абрамова С.С. Физика. Методические указания по выполнению лабораторных работ, Электросталь: ЭПИ МИСиС, 2004, 54 с.
Волновая теория света и принцип Гюйгенса. Явление интерференции света как пространственного перераспределения энергии света при наложении световых волн. Когерентность и монохроматичных световых потоков. Волновые свойства света и понятие цуга волн. презентация [9,4 M], добавлен 25.07.2015
Экспериментальное наблюдение интерференции света. Окрашивание мыльной плёнки в радужные цвета при освещении. Опыт Юнга. Когерентные волны. Условия максимумов и минимумов освещённости. Расчёт интерференционной картины в экспериментах с бипризмой Френеля. презентация [757,6 K], добавлен 23.08.2013
Сущность закона преломления света. Условие максимума и минимума интерференции. Соотношение для напряженностей падающей и отраженной волны. Определение скорости уменьшения толщины пленки. Сущность оптической длины пути и оптической разности хода. контрольная работа [68,4 K], добавлен 24.10.2013
Изучение явления интерференции света с помощью интерференционной картины, ее получение по заданным параметрам (на экране не менее восьми светлых полос). Сравнение длины световой волны с длиной волны падающего света. Работа программы "Интерференция волн". лабораторная работа [86,5 K], добавлен 22.03.2015
Объяснение явления интерференции. Развитие волновой теории света. Исследования Френеля по интерференции и дифракции света. Перераспределение световой энергии в пространстве. Интерференционный опыт Юнга с двумя щелями. Длина световой волны. реферат [31,1 K], добавлен 09.10.2006
Дифракция механических волн. Связь явлений интерференции света на примере опыта Юнга. Принцип Гюйгенса-Френеля, который является основным постулатом волновой теории, позволившим объяснить дифракционные явления. Границы применимости геометрической оптики. презентация [227,5 K], добавлен 18.11.2014
Отклонение лучей призмой. Линзы, их элементы и характеристики. Интерференция света и условия интерференционных максимумов и минимумов. Получение когерентных пучков. Дифракция света и построение зон Френеля. Поляризация света при отражении и преломлении. реферат [911,7 K], добавлен 12.02.2016
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .
© 2000 — 2020, ООО «Олбест»
Все права защищены
3. Наблюдение интерференции света
Методы наблюдения интерференции
Методы наблюдения интерференции света — Студопедия
Оптика и волны | 4.4. Способы наблюдения интерференции света
Методы наблюдения интерференции - ФИЗИКА
Законы Постоянного Тока Контрольная Работа 11 Класс
Реферат Виды Письменной Нумерации Системы Исчисления
При Оформлении Реферата Нужно Использовать Какую Программу
Скачать Торрент Собрание Сочинений Борис Виан
Последний Срок Сочинение