Определение длины световой волны при помощи колец Ньютона: Методические указания к выполнению лабораторной работы № 4о

    Государственный комитет РФ по высшему образованию

Сибирская государственная горно-металлургическая академия

Кафедра физики

           ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ СВЕТОВОЙ ВОЛНЫ ПРИ                                     ПОМОЩИ КОЛЕЦ НЬЮТОНА        

            Методические указания к выполнению

лабораторных   работ по курсу “Общая физика”           

________________________________________________

Издание СибГГМА                                                  

 Новокузнецк 1996

                                         СОСТАВИТЕЛИ :

 Владимир Александрович  Петрунин

 Валерий Иванович Петров              

  Виктор Евгеньевич Громов

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ СВЕТОВОЙ ВОЛНЫ ПРИ         ПОМОЩИ КОЛЕЦ НЬЮТОНА

          Методические указания к выполнению лабораторных работ

                                       по курсу “Общая физика”

      Утверждены на заседании кафедры физики 15 апреля 1996 года, протокол № 327, и одобрены методической комиссией

                                       Редактор   О.Ф.Шалимова

  __________________________________________________________

Подписано в печать                                  Формат бумаги 60х84 1/ 16

Усл. печ.л.            Уч.- изд.л.               Тираж 200 экз.          Заказ

___________________________________________________________

Сибирская государственная горно-металлургическая академия. 65400, г.Новокузнецк , ул.Кирова, 42 .

Издательский центр СибГГМА   

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ И ТЕОРИЯ ИЗМЕРЕНИЙ

           Длиной волны называется наименьшее расстояние между точками, колеблющимися в одинаковой фазе.

                Интерференция света есть наложение двух или нескольких световых волн одного периода, разность фаз между которыми сохраняется неизменной за время t, достаточное для наблюдения картины наложения. При этом ориентация направлений колебаний в этих волнах должна быть одинакова, амплитуды соизмеримы .             

             Световые волны, удовлетворяющие этим условиям, называются когерентными.

             Интенсивность волны , получившейся вследствие наложения, определяется разностью фаз интерферирующих волн в точке наблюдения.

                 Эта разность фаз зависит от разности расстояний, отделяющих точку наблюдений от источника волн. Эта разность расстояний называется разностью хода двух волн. На рис.1 она изображена отрезком d_о = d₂ - d₁.

              В тех  местах интерференционной картины, где разность фаз колебаний         

                  j =  2kp                  ( k = 0,1,2,3...) ,                                    (1)

будут располагаться максимумы освещенности; там где

                  j = (2k + 1)p          ( k = 0,1,2,3...)                                      (2)

- минимумы. А так как интенсивность колебания пропорциональна квадрату его амплитуды, то максимумы и минимумы освещенности совпадают соответственно с максимумами и минимумами амплитуды.

               Колебания в точке А (рис.1), дошедшие от источника S₁ по уравнению волны, будут происходить по закону:

                             у₁ = а₁sin2p (t/ T - d₁/ l ) ,

а колебания в той же точке, дошедшие от  источника S₂, - по уравнению:

                              у₂ = а₂sin2p ( t/ T - d₂/ l ) .

                                                  Рис.1.

             Следовательно, разность фаз интерферирующих в точке А волн будет равна:

               j = j₁ - j₂ = 2p(t/ T - d₁/ l ) - 2p(t/ T - d₂/ l) =(2p/l)d         (3)

              Комбинируя (3) с (2), мы получим выражения для разности хода, дающей в данной точке интерференционный максимум

                                d = 2к (l / 2)                                                       (4)

или интерференционный минимум

                                      d = (2k + 1) ^. l / 2                                             (5)

         Таким образом, при наложении двух когерентных волн получается устойчивая интерференционная картина, которую при соответствующих условиях можно наблюдать.

                Если имеет место наложение двух некогерентных волн, то устойчивой интерференционной картины получиться не может. В этом случае разность фаз между волнами беспорядочно меняется, и в месте наложения каждому значению разности фаз соответствует своя интерференционная картина. Эти картины настолько быстро сменяются одна другой, что наш глаз не в состоянии наблюдать их чередование. В результате глаз воспринимает некоторое среднее по времени распределение интенсивности.

         Опыт показывает, что когда два независимых источника света или даже два различных участка одного и того же светящегося тела посылают световые волны в одну область пространства, то мы не можем наблюдать в этой области интерференцию.

          Следовательно, такие источники не дают когерентных волн. 

      Получить две когерентные световые волны можно, использовав излучение только одного и того же  светящегося тела. Для этой цели необходимо излучение, испускаемое телом, расчленить на два потока, а затем, дав им пройти различные пути, заставить их встретиться в одной точке.

    Практически это осуществляется несколькими способами: зеркалами Френеля, бипризмой Френеля и другими.