Методы Наблюдения Интерференции Света Реферат

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

Report Page