Как изменится радиус колец если красный светофильтр заменить на зеленый

Обновлено: 17.05.2024

На пленку ( ) под углом падает белый свет. При какой толщине пленка в проходящем свете будет казаться красной? Длина волны красного света = 6,7·10 -7 м.

Анализ.

При попадании на пленку свет частично проходит, частично отражается от поверхности пленки. Поскольку наблюдение ведется в проходящем свете, то интерферируют две волны, одна из которых проходит через пленку без отражения, вторая - испытав отражение на обеих поверхностях пленки. Результат интерференции в точке наблюдения будет зависеть от оптической разности хода лучей.

Решение.

Луч от источника падает на пластинку, частично преломляясь и отражаясь в точках А, В, С и D. (Рис. 3). Отражение луча в точке С не сопровождается потерей полуволны, поэтому оптическая разность хода лучей SAВК и SАВСD:

где - показатель преломления стекла; - показатель преломления воздуха.

В результате преобразований получим:

где d- толщина пленки; - показатель преломления пленки; - угол падения луча.

Условием максимума, т.е. условием того, что пленка будет казаться окрашенной, является равенство:

Дляминимальной толщины пленки

Ответ:

Задача 2.

При наблюдении колец Ньютона в отраженном свете с линзы, положенной на плоскую пластинку, радиус третьего светлого кольца равен 1,06 мм. После замены синего светофильтра на красный был измерен радиус пятого светлого кольца, оказавшийся равным 1,77 мм. Найти радиус кривизны линзы и длину волны красного света.

Решение.

1. Ход лучей в установке для наблюдения колец Ньютона изображен на Рис.4. Падающий луч 1 проходит через плоскую поверхность линзы и разделяется на сферической поверхности на два луча.

Один из них (луч 2 на Рис.4), возникающий в результате отражения падающего луча, выходит из линзы в обратном направлении. Так как радиус сферической поверхности линзы, как правило, велик, то луч 2 распространяется практически параллельно падающему лучу 1. Второй луч (обозначен цифрой 3 на Рис. 4) проходит через зазор между линзой и плоской пластиной и после отражения от пластины также идет в обратном направлении по отношению к падающему лучу. Эти два луча и создают интерференционную картину в отраженном свете. Лучи, возникающие в результате многократного отражения от оптических поверхностей, гораздо слабее по интенсивности, по сравнению с рассмотренными, и заметного влияния на интерференционную картину не оказывают.

На первый взгляд может показаться, что луч 4, возникающий при отражении от плоской поверхности линзы, также должен интерферировать с лучами 2 и 3, однако на практике такая интерференция не наблюдается. Это объясняется тем, что плоская поверхность линзы при установке линзы на плоскую пластину образует с ней достаточно большой угол, так что ширина полос, возникающих при интерференции лучей 2-4 и 3-4 очень мала и полосы не видны. В предыдущем примере мы видели, что для видимого света интерференцию в клине можно наблюдать лишь при малых углах клина (несколько десятков угловых секунд), что практически никогда не выполняется в установке для наблюдения колец Ньютона без принятия специальных мер. Поэтому луч 4 никакого влияния на интерференционную картину не оказывает. Легко убедиться, что интерференционная картина, возникающая при наложении лучей 2 и 3, не зависит от смещения центра сферической поверхности от нормали к поверхности плоскопараллельной пластины.

2. Оптическая разность хода лучей 2 и 3 возникает в промежутке между сферической поверхностью линзы и плоской поверхностью пластинки. Обозначим толщину этого промежутка . Тогда оптическая разность хода будет равна:

где - показатель преломления среды, заполняющей промежуток.

Дополнительная разность хода возникает при отражении одного из интерферирующих лучей от оптически более плотной среды (обычно это имеет место для луча З).

Толщину промежутка найдем из геометрических соображений:

где - расстояние от центра интерференционной картины до точки наблюдения.

Диаметр линзы обычно значительно меньше радиуса кривизны ее поверхности, т.е. и тогда можно приближенно записать

Из полученного выражения следует, что для всех точек, равноудаленных от вершины сферической поверхности, интерференционная картина имеет вид чередующихся темных и светлых колец, центр которых совпадает с вершиной сферической поверхности линзы.

3. Радиусы темных и светлых колец определим из условия максимумов и минимумов интенсивности в интерференционной картине:

- светлое кольцо (2.4)

- темное кольцо (2.5)

Отсюда находим выражения для радиусов -го светлого и темного колец

- радиус -го светлого кольца, (2.6)

- радиус -го темного кольца. (2.7)

В центре интерференционной картины в отраженном свете всегда наблюдается темное пятно, т.к. при , оптическая разность хода , как это следует из Рис. 5.

4. По условию задачи известен радиус третьего светлого кольца, поэтому в соответствии с (2.6) с учетом того, что промежуток между линзой и плоской пластинкой заполнен воздухом ( ), можно записать:

Отсюда находим радиус сферической поверхности линзы:

Определив радиус кривизны поверхности линзы, по известному радиусу пятого светлого кольца при наблюдении в красном свете находим длину волны :

Примечание.

1. Кольца Ньютона можно наблюдать и в проходящем свете. В этом случае будут интерферировать падающий луч 1 (после прохождения линзы и плоскопараллельной пластинки) и луч 2, испытавший отражение на плоской поверхности пластины и сферической поверхности линзы (Рис. 5). Оптическая разность хода будет возникать за счет двукратного прохождения лучом 2 промежутка d между указанными поверхностями.

2. Однако дополнительной разности хода не будет, так как луч 2 испытывает четное число отражений. Поэтому при наблюдении колец Ньютона в проходящем свете оптическая разность хода определяется выражением:

а радиусы темных и светлых колец будут равны:

радиус -го темного кольца, (2.9)

- радиус -го светлого кольца. (2.10)

Из сравнения приведенных формул с формулами (2.6) и (2.7) видно, что в проходящем и отраженном свете темные и светлые кольца меняются местами, т.е. в том месте, где в отраженном свете наблюдается темное кольцо, в проходящем свете будет светлое кольцо и наоборот. Такое обращение контраста находится в полном соответствии с законом сохранения энергии.

Задача 3.

Два когерентных источника S1 и S2 с длиной волны 0,5 мкм находятся на расстоянии 2 мм друг от друга. Параллельно линии, соединяющей источники, расположен экран на расстоянии 2 м от них. Что будет наблюдаться в точке А экрана: свет или темнота?

Решение.

В точке А экрана будет свет, если разность хода двух лучей, исходящих из источников S1 и S2, равна целому числу длин волн, и темнота, если эта разность хода равна нечётному числу полуволн. Вычислим разность хода:

Сравнивая значения D и l, видим, что разность хода равна целому числу длин волн (двум), следовательно, в точке А экрана будет свет.

Ответ: в точке А экрана будет свет.

Задача 4.

Найти радиус кривизны линзы, применяемой для наблюдения колец Ньютона, если расстояние между вторым и третьим светлыми кольцами 0,5 мм. Установка освещается светом с длиной волны м. Наблюдение ведется в отраженном свете.

Решение.

Из треугольника ОАВ (Рис. 7) имеем:

|BA| 2 = |BO| 2 + |AO| 2 , или R 2 = r 2 k + (R - h) 2 , откуда r 2 k – 2Rh + h 2 = 0.

Пренебрегая малой величиной h 2 по сравнению с остальными слагаемыми, получим rk= . Иначе, для светлого k-ого кольца в отраженном свете разность хода равна: ,

для k = 2: r2 = = ,

Тогда Dr3,2 = r3 – r2 = - = 0,4 ,

Ответ: R=5,7 м.

Задача 5.

Некоторое колебание возникает в результате сложения N когерентных колебаний одного направления, имеющих следующий вид:

где k – номер колебания (k=1, 2, 3, N), - разность фаз между k-м и (k-1)-м колебаниями. Найти амплитуду результирующего колебания.

Решение.

Сопоставим каждому колебанию вектор, модуль которого равен а. Угол между векторами, характеризующими k-е и (k+1)-е колебания, по условию, равен . Изобразим из этих N векторов цепочку (Рис. 8) и обозначим результирующий вектор как А. Мысленно проведем описанную окружность радиуса R с центром в точке О.

Тогда, как видно из Рис.8:

Исключив R из этих двух уравнений, получим:

Ответ:

Домашнее задание:

[Л-3] - 16.4, 16.5, 16.9, 16.10, 16.13 16.14,16.15;

[Л-4] – 4.31, 4.32, 4,36, 4.35;

Вопросы для самопроверки

1. Находится ли явление интерференции в согласии с законом сохранения энергии? Ответ обоснуйте.

2. Можно ли наблюдать интерференцию световых пучков, излучаемых двумя разными лазерами? Двумя одинаковыми лампами?

3. Как можно наблюдать интерференцию света от некогерентных источников света?

4. Каковы условия интерференционных максимумов и минимумов?

5. В чем заключается суть методов получения когерентных пучков делением волнового фронта?

6. В чем отличия интерференционных картин при освещении двух щелей монохроматическим и белым светом?

7. При каком условии наблюдается четкая интерференционная картина, создаваемая на экране двумя когерентными источниками?

8. Что происходит с четкостью интерференционной картины с увеличением номера m полосы?

9. Что такое полосы равной толщины, равного наклона?

10. В чем отличие интерференционных картин, полученных в отраженном и проходящем свете?

11. Почему центр колец Ньютона, наблюдаемый в проходящем свете, обычно светлый?

12. Как изменится картина колец Ньютона, если пространство между линзой и пластинкой заполнить водой?

13. Почему при наблюдении колец Ньютона линзу выбирают с большим радиусом кривизны?

14. При помощи зеркал Френеля получили интерференционные полосы, пользуясь красным светом. Как изменится картина интерференционных полос, если воспользоваться фиолетовым светом?

15. Как объяснить радужные полосы, наблюдаемые в тонком слое керосина на поверхности воды?

16. Если мыльную пленку расположить вертикально, то цветные горизонтальные полосы будут с течением времени перемещаться вниз, несколько изменяя свою ширину. Через некоторое время в верхней части пленки возникнет быстро увеличивающееся черное пятно, а затем пленка разорвется. Почему?

17. Чем объясняется расцветка крыльев стрекоз, жуков и прочих насекомых? Почему меняется окраска крыльев насекомого, если его рассматривать под разными углами?

Цель: изучить явление интерференции света.

  • понятие явления интерференции света;
  • условия интерференции света;
  • методы получения интерференционной картины;
  • применение интерференции света в технике.

Учащиеся должны уметь: объяснять наблюдаемые в природе явления с точки зрения интерференции света (окрашивание радужной окраской крыльев стрекоз, мыльных пузырей, нефтяной пленки на поверхности воды, поверхности лазерных дисков)

Оборудование и материал для урока: портреты Юнга, Френеля, Ллойда, Ньютона; оборудование из набора для демонстрационного эксперимента по физике "Волновая оптика", слайды со схемами демонстрационных опытов.

1) Организационный этап:

Учитель: С этого урока мы приступаем изучению нового раздела оптики - "Волновая оптика"

Опр.: Волновая оптика - это раздел оптики, в котором свет рассматривается как электромагнитная волна.

Так как мы будем рассматривать свет как электромагнитную волну давайте вспомним все, что мы знаем про этот вид волн. (ответы ребят)

На доске кратко записываются ответы ребят

Электромагнитная волна - это распространяющееся в пространстве электромагнитное поле.

Скорость распространения электромагнитных волн равна скорости света - 300000 км/с.

Характерные свойства: отражение, преломление, интерференция, дифракция, преломление.

Отражение и преломление света нами было изучено на прошлых уроках. Сегодня мы должны более подробно рассмотреть такое свойство света как интерференция.

2) Мотивационный этап:

Что такое интерференция волн? (стр. 283 учебника Касьянов В.А.)

Как можно пронаблюдать интерференцию волн, например механических? (бросить в воду одновременно два камня>от камней пойдут волны>в месте встречи можно наблюдать либо всплеск, либо гашение волн, т.е. происходит либо возрастание амплитуды колебания, либо уменьшение ее)

Как можно увидеть интерференцию света? (необходимо две световые волны, которые при встрече будут давать либо усиление, либо ослабление света, т.е. можно наблюдать чередование светлых и темных полос)

Впервые интерференцию света пронаблюдал в 1802 году Томас Юнг.

Опыт Юнга (демонстрация опыта) [6, c. 25]

Каким образом появляется интерференционная картина?

Откуда появляются темные и светлые полосы?

Учитель: в ходе объяснения интерференции и условия интерференции появляется рисунок 1

Опр.: d=d2-d1- геометрическая разность хода интерферирующих волн (разность расстояний от источников до точки их интерференции)

Условие максимума и минимума:

Условие максимума Условие минимума
(светлая полоса) (темная полоса)

(целое число длин волн или (нечетное число длин полуволн) четное число длин полуволн)

Как изменится интерференционная картина, если в опыте Юнга красный свет заменить на фиолетовый? (будет чередование фиолетовых и темных полос)

Как изменится интерференционная картина, если в опыте Юнга красный свет заменить на белый? (будет чередование радужных полос и темных)

Почему свет, идущий от двух электрических ламп не дает в помещении интерференционной картины?

Условия наблюдения интерференции света:

Волны должны иметь одинаковую частоту и постоянную разность фаз, т.е. волны должны быть когерентными. Источники таких волн будут называться когерентными.

Проблема: как получить когерентные волны.

Решение проблемы: необходимо каким-то образом разделить свет на несколько частей и в силу их общности они должны быть когерентными.

Методы получения интерференции света:

А) опыт Юнга: (когерентные источники света - две узкие щели; в результате деления фронта волны световые волны, идущие от щелей, будут когерентными)

Давайте определим положения максимума и минимума:

По теореме Пифагора определим d 1 и d 2

Раскрывая скобки и упростив выражение, получаем

Используя формулу сокращенного умножения, получаем . Отсюда

Найдем геометрическую разность хода

Т.к. d2+d1= 2 L, следовательно разность хода равна:

Опр.: расстояние между двумя максимумами или минимумами называется шириной интерференционной картины (x) - ширина интерференционной картины

Б) бипризма Френеля (когерентные источники - мнимые источники света, которые получились на продолжении расходящегося пучка лучей)

- ширина интерференционной картины

Демонстрация опыта с бипризмой Френеля [6, c. 18]

В) бизеркала Френеля (свет, излучаемый источником света от обоих зеркал распространяется в виде двух пучков, исходящих из точек S1 и S2, которые являются мнимыми источниками света)

- ширина интерференционной картины

Г) зеркало Ллойда (когерентные источники - сам источник света и его мнимое изображение)

Демонстрация опыта с зеркалом Ллойда [6, 19]

- ширина интерференционной картины

Д) кольца Ньютона

Демонстрация колец Ньютона [6, c. 21-22]

Е) интерференция в тонких пленках (когерентные волны от одного источника возникают при отражении света от передней и задней поверхностей тонких пленок)

Учитель: Еще одним ярким примером интерференции света - это радужная окраска мыльных пузырей.

Прежде чем разбираться в появлении этой окраски, прослушайте стихотворение С.Я. Маршака "Мыльные пузыри"

Сияя гладкой пленкой,
Растягиваясь вширь,
Выходит нежный, тонкий,
Раскрашенный пузырь.
Горит, как хвост павлиний.
Каких цветов в нем нет!
Лиловый, красный, синий,
Зеленый, желтый цвет.
Взлетает шар надутый,
Прозрачнее стекла.
Внутри его как будто
Сверкают зеркала.
Огнями на просторе
Играет легкий шар.
То в нем синеет море,
То в нем горит пожар.
Он, воздухом надутый,
По воздуху плывет,
Но и одной минуты
На свете не живет.
Нарядный, разноцветный,
Пропал он навсегда,
Расплылся незаметно,
Растаял без следа:

Задание: выдуйте несколько мыльных пузырей и пронаблюдайте за явлением интерференции в мыльной пленке. [5]

Демонстрация и объяснение интерференции света в мыльной пленке[6, c. 23]

Задание: прослушайте внимательно отрывок из произведения А. Львова "мой старший брат, которого не было" и ответьте на вопрос.

":Сваи всегда окружены цветными, отливающими на солнце синевой, как чешуя скумбрии, кольцами. Эти кольца - от нефти и керосина, которые оставляют за собой огромные танкеры и морские трамваи: У них своя жизнь, совсем непохожая на нашу. Они растут, вытягиваются, ощупывают друг друга, сливаются или, наоборот, двоятся - и все это на глазах"

Почему нефть на поверхности воды окрашивается в радужные цвета? [5]

Задание: прослушайте следующий отрывок из произведения М.Ю. Лермонтова "Сон"

Я видел сон: прохладный гаснул день,
От дома длинная ложилась тень,
Луна, взойдя на небе голубом,
Играла в стеклах радужным огнем.

Как возникает радужная окраска стекла? [5]

Учитель: Благодаря этому явлению и объясняется окрашивание крыльев стрекоз и поверхности лазерных дисков.

Явление интерференции широко используется в технике.

- просветление оптики.

Опр.: Просветление оптики - метод, заключающий в уменьшении отражения света от поверхности линзы в результате нанесения на нее специальной пленки.

-интерферометры.

Опр.: Интерферометры - приборы, служащие для точного измерения показателя преломления газов и других веществ, а также длин световых волн.

*В оставшееся время решаются задачи, следующего типа [3]

А) В опыте Юнга отверстия освещались монохроматическим светом длиной 60 мксм, расстояние между отверстиями 1 мм, расстояние от отверстия до экрана 3 м. Найти положение трех первых светлых полос.

Б) Два когерентных луча с длинами волн 404 нм пересекаются в одной точке на экране. Что будет происходить в этой точке - усиление или ослабление света, если разность хода лучей равна 17,17 мкм?

В) Длина волны желтого света натрия в вакууме равна 588 нм. Сколько длин волн этого света укладывается на отрезке 1 см?

Г) В опыте с зеркалами Френеля расстояние между мнимыми изображениями источников света равно 0,5 мм, расстояние до экрана 5 м. В зеленом свете получились интерференционные полосы на расстоянии 5 мм друг от друга. Определите длину зеленого света.

Д) На мыльную пленку с показателем преломления 1,33 падает по нормали монохроматический свет длиной волны 600 нм. Отраженный свет в результате интерференции имеет наибольшую интенсивность. Определите толщину пленки.

Е) Установка для получения колец Ньютона освещается падающим нормально монохроматическим светом длиной волны 720 нм. Радиус шестого темного кольца, наблюдаемого в отраженном свете, равен 7,2 мм. Определите радиус кривизны линзы.

Ж) При наблюдении интерференции от двух мнимых источников монохроматического света длиной волны 590 нм оказалось, что на экране длиной 3,5 см умещается 7,5 полос. Определите расстояние между источниками, если от них до экрана 2,? М.

З) Два когерентных источника испускают красный свет длиной волны 720 нм. Определите, будет ли в точке М на экране светлая полоса, если расстояние от этой полосы до центра экрана О равно 1,8 см. Экран удален от источника на 5 м, расстояние между источниками равно 0,1 см.

И) Два когерентных световых луча достигают некоторой точки с разностью хода 2 мкм. Что произойдет в этой точке: максимум или минимум, если свет желтого цвета; красного цвета? (длина волны соответственно 600 и 700 нм)

К) два когерентных источника испускают монохроматический свет с длиной волны 600 нм. На каком расстоянии от центра интерференционной картины (т. О) будет расположен первый максимум, если расстояние от источников до экрана 4 м, а расстояние между источниками 1 мм?

Изучение интерференции света при наблюдении колец Ньютона.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3.03

Изучение интерференции света при наблюдении колец Ньютона.

Цель работы : Определение радиуса кривизны стеклянной линзы и

длины световой волны; определение разности хода (разности фаз) интерферирующих волн.

В данной лабораторной работе изучают интерференционную картину, носящую название к о л ь ц а Н ь ю т о н а. Так как контрастная интерференционная картина возникает обычно в отражённом свете, то устройство для наблюдения колец Ньютона осуществляется с учетом этого обстоятельства. Пусть плоская световая

волна падает на систему, состоящую из стеклянной линзы и стеклянной пластины, как это

линза L большого

радиуса кривизны накладывается выпуклой стороной на плоскую стеклянную пластину Р. Между соприкасающимися в точке М поверхностями линзы L и пластины Р образуется воздушный клинообразный слой. Отражение световых волн происходит в точках А, В, С и D. Однако достаточно малую протяженность имеет лишь отрезок ВС (длина отрезка l меньше l ког . ), поэтому когерентными можно считать лишь волны, отраженные от нижней поверхности линзы ( т о ч к а В ) и в е р х н е й поверхности пластины (точка С). В точке В световой луч разделяется на два (рис. 3.2). Один луч от ражает ся от выпуклой поверхности линзы (луч 1), другой (луч 2) п р е л о м л я е т с я , п р оход и т воздушный зазор между линзой и пластиной и, отразившись от верхней поверхности пластины в точке С, возвращается обрат

но. Полученные таким образом два когерентных луча 1 и 2 дают интерференционный эффект вблизи выпуклой поверхности линзы в точке B . Как уже отмечалось выше, для получения интерференционной картины используется линза с до статочно большим радиусом кривизны. В этом случае клиновидный воздушный зазор будет иметь очень малый угол . Если еще учесть, что и углы падения в этом случае также будут достаточно малы, то тогда точка наложения лучей В будет близка к точке В и практически будет

находиться на выпуклой поверхности линзы. Следовательно, если при вычислении оптической разности хода волн пренебречь небольшими неизбежными наклонами лучей, происходящих в тонком воздушном зазоре, то оптическая разность хода волн, отраженных в точках В и С и интерферирующих в отраженном свете, определяется, как видно из рис. 3.2, соотношением

где d - толщина зазора между пластиной Р и линзой L ; n показатель преломления среды, заполняющий пространство между ними ; - длина волны падающего света. Слагаемое /2 учитывает изменение фазы световой волны на при отражении от стеклянной пластины в точке С , так как стекло является оптически более плотной средой, чем воздух, что эквивалентно уменьшению пути на /2 . Пространство между

линзой и пластиной заполнено в нашем случае воздухом

(n 1) , поэтому разность

хода интерферирующих волн составляет

В соответствии с (3.2) разность хода при заданном значении длины волныв данном эксперименте определяется только толщиной воздушного зазора, поэтому разность хода будет одинакова для всех волн, отраженных на одинаковом расстоянии от геометрического центра системы (точки соприкосновения М линзы и пластины). Вследствие этого интерференционная картина имеет вид концентрических колец. В центре картины, где d = 0 , наблюдают темное кольцо, что соответствует разности хода отраженных волн /2 . (Вид колец Ньютона показан на рис. 3.1, внизу).

Связь между радиусом интерференционного кольца r, радиусом

линзы и длиной световой волны

может быть найдена с использованием простых

Для этого снова обратимся к рис. 3.1.

радиус кривизны выпуклой поверхности линзы, r m

кольца, имеющего порядок интерференции m , где d m

толщина воздушного слоя в

том месте, где наблюдается интерференционная полоса с радиусом r m . Из рис. 3.1 имеем

r m 2 R 2 (R d m ) 2 2Rd m d m 2 .

Отсюда, принимая во внимания, что 2R d m , получим

Подставив полученное выражение в соотношение (3.2), получим

2d m λ/2 r m 2 /R λ/2 .

Запишем условие минимума освещенности в интерференционной картине

Принимая во внимание (3.5) , получим выражение для радиусов темных колец

Отсюда, измерив r m и зная m и R , можно определить длину волны света , или,

наоборот , по известному значению λ найти R .

Однако, практически очень трудно добиться идеального контакта сферической поверхности линзы и плоской пластины в одной точке вследствие упругой

Изучение интерференции света при наблюдении колец Ньютона.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3.03

Изучение интерференции света при наблюдении колец Ньютона.

Цель работы : Определение радиуса кривизны стеклянной линзы и

длины световой волны; определение разности хода (разности фаз) интерферирующих волн.

В данной лабораторной работе изучают интерференционную картину, носящую название к о л ь ц а Н ь ю т о н а. Так как контрастная интерференционная картина возникает обычно в отражённом свете, то устройство для наблюдения колец Ньютона осуществляется с учетом этого обстоятельства. Пусть плоская световая

волна падает на систему, состоящую из стеклянной линзы и стеклянной пластины, как это

линза L большого

радиуса кривизны накладывается выпуклой стороной на плоскую стеклянную пластину Р. Между соприкасающимися в точке М поверхностями линзы L и пластины Р образуется воздушный клинообразный слой. Отражение световых волн происходит в точках А, В, С и D. Однако достаточно малую протяженность имеет лишь отрезок ВС (длина отрезка l меньше l ког . ), поэтому когерентными можно считать лишь волны, отраженные от нижней поверхности линзы ( т о ч к а В ) и в е р х н е й поверхности пластины (точка С). В точке В световой луч разделяется на два (рис. 3.2). Один луч от ражает ся от выпуклой поверхности линзы (луч 1), другой (луч 2) п р е л о м л я е т с я , п р оход и т воздушный зазор между линзой и пластиной и, отразившись от верхней поверхности пластины в точке С, возвращается обрат

но. Полученные таким образом два когерентных луча 1 и 2 дают интерференционный эффект вблизи выпуклой поверхности линзы в точке B . Как уже отмечалось выше, для получения интерференционной картины используется линза с до статочно большим радиусом кривизны. В этом случае клиновидный воздушный зазор будет иметь очень малый угол . Если еще учесть, что и углы падения в этом случае также будут достаточно малы, то тогда точка наложения лучей В будет близка к точке В и практически будет

находиться на выпуклой поверхности линзы. Следовательно, если при вычислении оптической разности хода волн пренебречь небольшими неизбежными наклонами лучей, происходящих в тонком воздушном зазоре, то оптическая разность хода волн, отраженных в точках В и С и интерферирующих в отраженном свете, определяется, как видно из рис. 3.2, соотношением

где d - толщина зазора между пластиной Р и линзой L ; n показатель преломления среды, заполняющий пространство между ними ; - длина волны падающего света. Слагаемое /2 учитывает изменение фазы световой волны на при отражении от стеклянной пластины в точке С , так как стекло является оптически более плотной средой, чем воздух, что эквивалентно уменьшению пути на /2 . Пространство между

линзой и пластиной заполнено в нашем случае воздухом

(n 1) , поэтому разность

хода интерферирующих волн составляет

В соответствии с (3.2) разность хода при заданном значении длины волныв данном эксперименте определяется только толщиной воздушного зазора, поэтому разность хода будет одинакова для всех волн, отраженных на одинаковом расстоянии от геометрического центра системы (точки соприкосновения М линзы и пластины). Вследствие этого интерференционная картина имеет вид концентрических колец. В центре картины, где d = 0 , наблюдают темное кольцо, что соответствует разности хода отраженных волн /2 . (Вид колец Ньютона показан на рис. 3.1, внизу).

Связь между радиусом интерференционного кольца r, радиусом

линзы и длиной световой волны

может быть найдена с использованием простых

Для этого снова обратимся к рис. 3.1.

радиус кривизны выпуклой поверхности линзы, r m

кольца, имеющего порядок интерференции m , где d m

толщина воздушного слоя в

том месте, где наблюдается интерференционная полоса с радиусом r m . Из рис. 3.1 имеем

r m 2 R 2 (R d m ) 2 2Rd m d m 2 .

Отсюда, принимая во внимания, что 2R d m , получим

Подставив полученное выражение в соотношение (3.2), получим

2d m λ/2 r m 2 /R λ/2 .

Запишем условие минимума освещенности в интерференционной картине

Принимая во внимание (3.5) , получим выражение для радиусов темных колец

Отсюда, измерив r m и зная m и R , можно определить длину волны света , или,

наоборот , по известному значению λ найти R .

Однако, практически очень трудно добиться идеального контакта сферической поверхности линзы и плоской пластины в одной точке вследствие упругой

Читайте также: