Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Саратовский государственный технический университет

ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ ИНТЕРФЕРЕНЦИИ СВЕТА

С ПОМОЩЬЮ ИНТЕРФЕРОМЕТРА НЬЮТОНА

(КОЛЬЦА НЬЮТОНА)

Методические указания

к выполнению лабораторной работы по физике

для студентов всех специальностей

всех форм обучения

Электронное издание локального распространения

Одобрено

редакционно-издательским советом

Саратовского государственного

технического университета

САРАТОВ-2006

Все права на размножение и распространение в любой форме остаются за разработчиком. Нелегальное копирование и использование данного продукта запрещено.

Составитель - Павлова Мария Валентиновна.

Под редакцией - Зюрюкина Юрия Анатольевича.

Рецензент - Аверсон Анатолий Эрнестович.

410054, Саратов, ул. Политехническая 77,

Научно-техническая библиотека СГТУ,

тел. 52-63-81, 52-56-01

http: // lib.sstu.ru

Регистрационный

номер 060558Э

© Саратовский государственный

технический университет 2006 г.

Цель работы: с помощью интерферометра Ньютона измерить радиус кривизны линзы по известной длине волны света, а затем определить длину волны света другого цвета по измеренному радиусу кривизны линзы.

Интерференция света

Наряду с дифракцией и поляризацией волновые свойства света наиболее отчетливо проявляются в явлении интерференции.

При сложении двух или нескольких световых волн результирующая интенсивность может оказаться как больше, так и меньше суммы интенсивностей отдельных волн. Интерференцией световых волн называется явление пространственного перераспределения интенсивности света в области наложения двух или нескольких когерентных волн (о когерентности волн см. ниже). Это пространственное перераспределение интенсивности света проявляется в образовании периодической картины светлых и темных полос, которая называется интерференционной картиной.

В волновой оптике свет рассматривается как электромагнитная волна, в каждой точке которой вектор напряженности электрического поля совершает гармонические колебания

, (1)

где - амплитуда вектора напряженности электрического поля; - частота колебаний; t - время; d - расстояние от источника света до рассматриваемой точки; - скорость распространения электромагнитной волны; - начальная фаза колебаний.

Аргумент косинуса называется фазой колебаний, которая характеризует величину и направление (знак) вектора напряженности электрического поля в каждый момент времени. В начальный момент времени ( ) в источнике света ( ) фаза колебаний равна начальной фазе колебаний ( ).

При наложении двух световых волн одинаковой частоты (т.е. монохроматических волн) результирующий вектор светового поля в некоторой точке пространства будет равен сумме электрических векторов каждой световой волны

, (2)

где , - расстояния от источника света доя рассматриваемой точки;

, - начальные фазы колебаний световых волн.

Рассмотрим сложение линейно поляризованных световых волн. Если колебания электрических векторов этих волн совершаются по одной прямой, то уравнение (2) можно переписать в скалярном виде. Тогда амплитуда электрического вектора результирующего колебания в данной точке будет определяться выражением:

, (3)

где - разность начальных фаз колебаний в данный момент времени t. При выводе формулы (3) применяется метод векторного сложения гармонических колебаний.

Поскольку интенсивность света пропорциональна квадрату амплитуды колебаний (при распространении света в однородной среде), то для интенсивности света в рассматриваемой точке получим выражение:

. (4)

Из (4) следует, что результирующая интенсивность света может отличаться от суммы интенсивностей складываемых волн, если в течение наблюдения косинус отличается от нуля. При этом значение аргумента косинуса зависит от разности , то есть меняется в пространстве, следовательно, меняется в пространстве и значение результирующей интенсивности света.

Если направление колебаний электрического вектора одной волны составляет некоторый угол с направлением колебаний электрического вектора другой волны, то интенсивность результирующей волны будет определяться выражением:

. (5)

При третье слагаемое в (5) равно нулю, а результирующая интенсивность просто равна сумме интенсивностей складываемых волн и интерференции не наблюдается. В промежуточных случаях: при интерференция волн имеет место, но проявляется менее отчётливо, чем при . Таким образом, для наблюдения интерференции света необходимо, чтобы третье слагаемое в (4) и (5) не было равно нулю за время наблюдения. Это происходит, когда и разность начальных фаз остается неизменной во времени. Последнее условие выполняется в случае сложения взаимно когерентных волн.