ВУЗы по физике Готовые работы по физике Как писать работы по физике Примеры решения задач по физике Решить задачу по физике онлайн

Метод юнга


2.2. Некоторые методы наблюдения интерференции света

2.2.1. Метод Юнга. Источником света слу­жит ярко освещенная щель S, от которой световая волна падает на две узкие равноудаленные щели S1 и S2, па­раллельные щели S. Таким образом, щели S1 и S2, играют роль ко­герентных источни­ков. Интерференционная картина (об­ласть R2Q1) наблюдается на экране (Э), расположенном на некотором расстоянии параллельно S1 и S2 (рис. 2–1а).

 

Проведем расчет интерференционной картины (рис. 2–1,б). Пусть разделение на две когерентные волны происходит в некоторой точке О. До точки М, где наблюдается интерференционная картина, одна волна прошла путь l1 в среде с показателем преломления n1, вторая волна – путь l2 в среде с показателем преломления n2. Если в начальный момент времени фаза колебаний равна wt, то в точке М первая волна возбудит колеба­ние , а вторая — колебание , где u1=с/n1 и u2=с/n2 — соответственно фазо­вая скорость первой и второй волны. Под х будем понимать на­пряженность электрического (световой вектор) или маг­нитного полей волны; векторы и ко­леблются во взаимно перпендикулярных плоскостях.

Разность фаз колебаний d=j2–j1, возбуждаемых волнами в точке М, равна

. (2.1)

В соотношении (2.1) мы учли, что ,

где l0 –длина волны в вакууме.

Произ­ведение геометрической длины пути световой во­лны l в данной среде на показатель пре­ломления n этой среды называется оптиче­ской длиной пути, a — раз­ность оптических длин проходимых во­лнами путей — называется оптической разностью хода.

Если оптическая разность хода равна четному числу полуволн в вакууме (целому числу волн)

, (2.2)

то и колебания, возбуждаемые в точке М обеими волнами, про­исходят в одинаковой фазе и будет наблюдаться интерферен­ционный максимум.

Если оптическая разность хода равна нечетному числу полуволн в вакууме

, (2.3)

то и колебания, возбуждаемые в точке М обеими волнами, бу­дут про­исходить в противофазе и будет наблюдаться интерферен­ционный минимум.

Пусть среда, в которой распространяется свет, однородная, а интерференция наблюдается в произвольной точке В экрана, параллельного щелям и расположенного от них на расстоя­нии L, причем . Показатель пре­лом-ления среды n = 1 (Рис. 2-2).

Интенсивность в точке В определяется оптической разностью хода . Из рисунка следует, что ,

, откуда .

Согласно условию , поэтому и .

Подставив это значение в условия максимума и минимума (2.2 и 2.3), получим координаты — где интенсивность света максимальна и — где интенсивность света минимальна:

, (2-4)

. (2-5)

Ширина интерференционной полосы — расстояние между двумя сосед­ними максимумами (или минимумами)

.

Согласно (2-4) и (2-5), интерференционная картина представляет собой чередование светлых и темных полос, параллельных друг другу. Главный максимум, соответствующий m = 0, проходит через точку М. Вверх и вниз от него на равных расстояниях друг от друга располагаются соответственно максимумы (минимумы) первого (m = 1), второго (m = 2) порядков и т. д. Описанная картина справедлива только при освещении монохроматическим светом. В случае белого света интерференционная картина будет иметь вид радужных полос.

2.2.2. Зеркала Френеля. Свет от источника S (рис. 2–3) падает расходящимся пучком на два плоских зеркала МО и NO, распо­ложенных относительно друг друга под углом, лишь немного отличающимся от 180° (угол a мал).

Применяя правила по­строения изображения в плоских зерка­лах, можно показать, что и источник, и его изображения S1 и S2 (угловое расстояние между которыми равно 2a) лежат на од­ной и той же окружности радиуса r с цент­ром в O (точка соприкосновения зеркал), т. е. ОS = ОS1 = ОS2 = r.

Световые пучки, отразившиеся от обо­их зеркал, можно считать выходя­щими из источников S1 и S2, которые являются мнимыми изображениями S в зеркалах. Источники S1 и S2 коге­рентны, и исходящие из них световые пуч­ки, встречаясь друг с другом, интерфери­руют в области взаимного перекрытия. Интерфе­ренционная картина наблюдается на экра­не (E) в области PQ. Для исключения попадания на экран пря­мых лучей света от источника S используется заслонка (E1).

P

 

2.2.3. Бипризма Френеля. Бипризма состоит из двух одинаковых, сложенных основаниями призм с малыми преломляющими углами. Свет от источника S (рис. 2–4) преломля­ется в обеих призмах, в результате чего за биприз­мой распространяются световые лу­чи, как бы исходящие из мнимых ис­точников S1 и S2, являющихся когерентными.

QP

 

На поверх­ности экрана (в области PQ) про­исходит наложение когерентных пучков и наблюдается интерференция.

2.2.4. Интерференция света в тонких пленках. Пусть на плоскопараллельную про­зрачную пленку с показателем преломле­ния n и толщиной h под углом a падает плоская монохроматическая волна (для простоты рас­смотрим только один луч из падающего пучка – 1). На поверхности пленки в точке A луч 1 де­лится на два: частично отразится от верх­ней поверхности пленки, а частично пре­ломится (рис. 2–4). Пленка находится в воздухе (абсолютный показа­тель преломления n0=1).

Преломленный луч в точ­ке B частично преломится, а частично отразится и пойдет к точке С. Здесь он опять частично отразится и преломится, выходя в воздух под углом a (луч 2*). Если оптическая разность хода этих лучей будет мала по сравнению с длиной когерентности па­дающей волны, то эти лучи будут когерент­ными. Если на их пути поставить собирающую линзу то они сойдутся в одной из точек фокальной плоскости линзы и дадут интерференционную кар­тину, которая будет определяться оптиче­ской разностью хода между интерферирующи­ми лучами. Интерференци­онные полосы, возникающие в результате наложения лучей, падающих на плоскопараллельную пластинку под одинаковыми углами, называются полосами равного наклона.

Наташа

Автор

Наташа — контент-маркетолог и блогер, но все это не мешает ей оставаться адекватным человеком. Верит во все цвета радуги и не верит в теорию всемирного заговора. Увлекается «нефрохиромантией» и тайно мечтает воссоздать дома Александрийскую библиотеку.

Другие статьи


Похожая информация


Распродажа дипломных

Скидка 30% по промокоду Diplom2020

А ты боишься COVID-19?

Пройди опрос и получи промокод