Контрольные вопросы.
Какова природа света?
Что называется интерференцией волн?
Какие волны являются когерентными?
Что называется оптическим ходом (оптической разностью хода) лучей?
Определить условия максимума и минимума интерференции волн.
Объяснить получение интерференционной картины с помощью бипризмы Френеля. Начертить ход лучей.
Вывести формулу, с помощью которой рассчитывается длина волны в данной работе.
Какие величины необходимо измерить в данной работе?
Как зависит ширина интерференционной полосы от длины волны?
Какой вид имеет интерференционная картина при освещении белым светом и почему?
Работа 60. Исследование колец Ньютона
Цель работы
Ознакомление с явлениями интерференции в тонких плёнках (полосы равной толщины) на примере колец Ньютона и с методикой интеференционных измерений кривизны стеклянной поверхности.
Приборы и принадлежности:
1. Измерительный микроскоп.
2. Линза с пластиной в оправе.
3. Осветитель.
4. Набор светофильтров различной длины волны.
Краткая теория
С волновой точки зрения свет представляет собой электромагнитные волны. Скорость распространения света в вакууме .
Электромагнитная волна характеризуется колебаниями векторов напряженностей электрического поля и магнитного поля . Опыт показывает, что физиологические, фотоэлектрические, фотохимические и другие действия света вызываются в основном электрической составляющей электромагнитного поля. В соответствии с этим вектор называют в волновой оптике световым вектором.
Отличие
световых (оптических) волн, воспринимаемых
глазом, от электромагнитных волн состоит
лишь в том, что «видимые» электромагнитные
волны имеют значительно меньшую длину
волны. Электромагнитные волны с длиной
волны
называются инфракрасными
лучами, волны
с
называются видимыми
лучами и волны
у которых
называются
ультрафиолетовыми
лучами.
Белый
свет представляет собой совокупность
различных монохроматических (λ
= const)
волн. В веществе длины световых волн
будут иными. Это следует из того, что
фазовая скорость
распространения волны в веществе
становится меньше скорости
в вакууме, а частота колебаний
остается неизменной. В вакууме длина
волны
,
в среде длина волны
.
Отношение скорости световой волны в
вакууме к фазовой скорости
в некоторой среде называется абсолютным
показателем преломления этой среды:
.
Отношение , откуда .
Волновая природа света проявляется наиболее отчётливо в явлениях интерференции, дифракции, поляризации и дисперсии света. Интерференцией волн называется явление наложения волн, при котором происходит устойчивое во времени их взаимное усиление в одних точках пространства и их ослабление в других точках в зависимости от соотношения между фазами этих волн.
Интерферировать могут только когерентные волны, если им соответствуют колебания, совершающиеся вдоль одного направления.
Когерентными волнами называются волны одинаковой частоты, колебания которых имеют постоянную разность фаз, не изменяющуюся с течением времени.
Источники, испускающие такие волны, называются когерентными источниками. Условие когерентности световых волн является необходимым для наблюдения интерференции. Если в световом поле какого-либо источника света выбрать точку наблюдения, то в эту точку будут приходить световые волны с различными фазами, т. к. источниками световых волн являются различные атомы светящегося тела и условие постоянства разности фаз для них не выполняется. Для наблюдения картины интерференции необходимо создать такие условия, при которых в любой момент времени через точку наблюдения проходили бы световые волны, излучаемые одной и той же группой атомов, имеющих постоянную разность фаз. На практике получить когерентные колебания можно, если волны, идущие от одного источника, разбить на две части и направить в одну и ту же точку по разным путям.
Интерференция света в природе наблюдается на поверхности тонких пленок: мыльных, нефтяных или масляных на поверхности воды. В результате отражения световых лучей от обеих поверхностей плёнки создаются необходимые условия для возникновения интерференционной картины. Рассмотрим эти условия.