
- •Волновая оптика. Квантовая физика. Статистическая физика.
- •Содержание
- •Введение
- •Изучение интерференции света с помощью бипризмы Френеля
- •Теоретическое введение
- •Метод Юнга.
- •Бипризма Френеля
- •Экспериментальная часть
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Изучение дифракции монохроматического лазерного излучения на дифракционной решётке
- •Теоретическое введение
- •Дифракция на щели
- •Дифракционная решетка
- •Экспериментальная часть
- •Экспериментальная установка
- •Методика измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Проверка закона Малюса
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Вращение плоскости поляризации
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Изучение зависимости показателя преломления стеклянной призмы от длины волны
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Методика измерений
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Определение постоянной Стефана-Больцмана
- •Теоретическое введение
- •Законы теплового излучения
- •Экспериментальная часть
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Лабораторная работа 3-07 Изучение явления внешнего фотоэффекта
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Методика измерений
- •Экспериментальная установка
- •Порядок выполнения работы
- •Методика измерений
- •Экспериментальная установка
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Описание экспериментальной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Изучение опыта Франка и Герца.
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Экспериментальная установка
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Изучение поглощения света
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Экспериментальная установка
- •Порядок выполнения работы.
- •Контрольные вопросы
- •Элементы классической статистики.
- •Нормальный закон распределения (закон Гаусса)
- •Экспериментальная часть
- •Экспериментальная установка
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Определение коэффициента вязкости воздуха и средней длины свободного пробега молекул
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Методика измерений и описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Определение работы выхода электронов из металла
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная установка
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Определение коэффициента линейного теплового расширения
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Методика измерений и экспериментальная установка
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Исследование эффекта Зеебека
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Методика измерений Экспериментальная установка
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Методика измерений
- •Экспериментальная установка
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Эффект Холла
- •Теоретическое введение
- •Методика измерений
- •Экспериментальная часть
- •Измерительная установка
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Изучение работы полупроводникового диода
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Экспериментальная установка и методика измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Библиографический список
- •Волновая оптика. Квантовая физика. Статистическая физика
Изучение интерференции света с помощью бипризмы Френеля
Цель работы: Наблюдение интерференционной картины, определение размера интерференционной полосы и параметра бипризмы Френеля – преломляющего угла бипризмы.
Теоретическое введение
Интерференция волн – пространственное перераспределение энергии волн, которое происходит при наложении двух или нескольких когерентных волн. Волны когерентны, если их фазы согласованы (разность фаз остаётся постоянной во времени). Когерентность – согласованное протекание нескольких колебательных или волновых процессов. Интерференция возможна для волн любой природы.
Интенсивность электромагнитной волны пропорциональна амплитуде колебаний вектора напряженности электромагнитного поля:
I~
.
(1.1)
Рассмотрим две электромагнитные волны одинаковой частоты, которые накладываются друг на друга и возбуждают в некоторой точке пространства два колебания одинакового направления:
,
,
где
φ1
и φ2
определяются начальными фазами колебаний
и расстояниями, пройденными волнами до
точки наложения,
но не зависят от времени. Амплитуда Е0
результирующего
колебания
зависит
от разности фаз складываемых колебаний
в данной точке. Для волн одинаковой
частоты разность фаз колебаний не
изменяется во времени и равна
φ1–φ2=const,
то есть волны когерентны. При этом
результирующая амплитуда Е0
также остается постоянной во времени:
.
(1.2)
Для
когерентных волн
имеет
постоянное во времени значение (но свое
для каждой точки пространства), так
что результирующая интенсивность
света, как следует из (1.1) и (1.2), равна
.
(1.3)
Таким
образом, при наложении когерентных
световых волн происходит перераспределение
светового потока в пространстве, в
результате чего в одних местах
возникают максимумы (если
),
а в других – минимумы интенсивности
(если
).
Отсюда получаем условия максимума и
минимума при интерференции: если сдвиг
фаз волн в данной точке пространства
;
(m=0,
1, 2, …), (1.4)
то наблюдается интерференционный максимум; если
;
(m=1,
2, 3, …), (1.5)
то наблюдается минимум.
Если
накладываются некогерентные волны,
то в данной точке пространства
складываются колебания, разность фаз
которых не постоянна во времени и, вообще
говоря, принимает случайные значения.
Поскольку в этом случае среднее значение
,
то наблюдаемая интенсивность света во
всех точках пространства представляется
просто суммой интенсивностей двух
волн:
(1.3). Таким образом, необходимым
условием наблюдения интерференции
волн является их когерентность.
Метод Юнга.
Для получения интерференционной картины необходимы когерентные световые пучки. До появления лазеров во всех приборах для наблюдения интерференции света когерентные пучки получали методом разделения волны: лучи, исходящие из одного и того же источника, разделяли с помощью экранов со щелями или зеркал, затем полученные таким образом когерентные лучи сводили вместе. Одним из таких способов является метод Юнга. Источником света служит ярко освещенная щель S, от которой свет падает на две равноудаленные щели S1 и S2, параллельные щели S (рис. 1.1). Щели S1 и S2 являются источниками когерентных пучков света.
Результат
интерференции колебаний,
доходящих до некоторой
точки М экрана (рис. 1.2) от
источников S' и S", будет зависеть
от их разности хода
.
Если разность хода Δ равна целому
числу длин волн :
;
(m=0,
1, 2, …), (1.6)
то
колебания от обоих
источников приходят
в одной фазе и освещенность
в этой точке будет
максимальна.
Если же
равно полуцелому числу волн:
;
(m=1,
2, 3, …), (1.7)
то колебания приходят в противофазе и освещенность в этой точке будет минимальна. При других значениях освещенность будет иметь промежуточное значение.
Найдём
расстояние xm
между центральным
максимумом (точкой О)
и максимумом m-го
порядка
(рис.1.2). Для получения различимой
интерференционной картины расстояние
d
между источниками должно быть значительно
меньше расстояния до экрана
.
При этих условиях можно считать угол
достаточно малым, тогда
.
(1.8)
Из рис.1.2 можно найти:
,
.
(1.9)
Решая уравнения (1.6) и (1.8-1.9) получим:
.
(1.10)
Отсюда ширина интерференционной полосы Δx, т.е. расстояние между соседними максимумами или минимумами, равно:
.
(1.11)
В соответствии с (1.11) расстояние между соседними максимумами растёт с уменьшением расстояния d между источниками. При d, сравнимом с , расстояние между полосами было бы того же порядка, что и λ, то есть отдельные полосы были бы совершенно неразличимы. Для того чтобы интерференционная картина была отчётливой, необходимо выполнение упоминавшегося выше условия: d<< .