Файл: Лабораторная работа 1. Определение земного ускорения свободного падения при помощи оборот ного и математического маятников.doc

ВОПРОСЫ.

1. Что такое абсолютно черное тело и серое тело?

2. Нарисуйте спектр излучения абсолютно черного тела?

3. Как зависит от температуры спектр излучения абсолютно черного тела?

4. Изложить кратко сущность метода, использованного в данной работе для определения σ.

5. Пояснить понятие яркостной, цветовой и радиационной температуры.

6. Объяснить устройство и принцип действия пирометра.

7. Какую температуру измеряет пирометр, используемый в работе?
Литература.

1. 
   Трофимова Т.И. Курс физики. М: Высшая школа. 1997
   
2. 
   Ландсберг Г.С. Оптика. М.: Издательство»Наука». 1976
   

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 17.
ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ ИНТЕРФЕРЕНЦИИ СВЕТА.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАДИУСА КРИВИЗНЫ ЛИНЗЫ И ДЛИНЫ СВЕТОВОЙ ВОЛНЫ С ПОМОЩЬЮ КОЛЕЦ НЬЮТОНА.
Вопросы теории. Свет, с точки зрения классической электродинамики, представляет собой поперечные электромагнитные волны, распространяющиеся в вакууме со скоростью с=310⁸ м/c. Волны одинаковой частоты  с постоянной разностью фаз  называются когерентными. В результате наложения когерентных волн наблюдается явление интерференции: усиление интенсивности света в одних местах и ослабление в других.

В действительности излучение света телами является результатом излучения отдельных атомов. В силу этого два любых источника не являются когерентными и не могут дать интерференционную картину. Для получения интерференционной картины необходимо излучение от одного источника разделить на два потока и заставить их встретиться после прохождения различных оптических путей. В случае такого разделения эти потоки можно трактовать как исходящие из двух совершенно одинаковых источников. Все элементарные акты излучения, происходящие в одном источнике

---

, одновременно повторяются в другом, но доходят до данной точки экрана с некоторым запаздыванием , определяемым разностью хода . Для получения интерференции важно, чтобы разность хода между интерферирующими лучами не была очень велика, так как они должны принадлежать к одному и тому же акту излучения.

Интерференция света при отражении от тонких пластинок или пленок.

При падении световой волны на тонкую прозрачную пластинку (или пленку) происходит отражение от обеих поверхностей пластинки. В результате возникают две световые волны, которые при известных условиях могут интерферировать.

Пусть в точку О (рис.1) на прозрачную пленку в виде клина с малым углом  падает пучок света. Часть света (луч 1) отразится от верхней поверхности пленки, другая часть (луч 2), переломившись, отразится от нижней поверхности.

2

1
n₁ i А

i

O В

n₂ d r

---

n₃ С 

Рис. 1.

Определим оптическую разность хода  (т.е. разность оптических длин проходимых электромагнитными волнами путей) между двумя когерентными лучами 1 и 2 (см. рис. 1). Оптическая длина пути – это произведение геометрической длины пути S световой волны в данной среде на показатель n преломления этой среды.

= n₂(ОС +  СВ) – n₁ОА (1)
Подставив значения ОА = 2d tg r sin i, ОС + СВ = 2d/cos r и

n₂/n₁ = sin i/sin r в ( 1) , получим
 = 2d n₂ cos r, (2)
где d –толщина пленки; n₁ и n₂ – показатели преломления окружающей среды и материала пленки соответственно; i – угол падения света на пленку; r – угол преломления.

• 
  
  

При вычислении  необходимо учесть и то обстоятельство, что при отражении световой волны от границ раздела сред, для которых n₂  n₁,

фаза световых колебаний претерпевает изменение на  (это соответствует разности хода /2). Если показатель преломления пленки n₂  n₁, то происходит скачок фазы для луча 1; в случае n₂  n₁ изменяет свою фазу при отражении в точке С луч 2.

---

С учетом этого замечания соотношение (2) следует записать в виде

= 2d n₂ cos r  /2. (3)

Результат интерференции зависит от значения .

При  = m получаются максимумы, при  = (m + 1/2) - минимумы интенсивности (здесь m – целые числа). Значение m называется порядком интерференции. Максимальный порядок интерференции при заданных  и d ограничен значением cos r = 1.

Если считать, что человеческий глаз распознает оттенки, отличающиеся на величину  = 10 нм, то для наблюдения цветных интерференционных полос в тонких пленках, освещаемых белым светом, необходима толщина d  10 мкм. Такому условию удовлетворяют, например, мыльные пленки, пленки масел на поверхности воды.

Характер локализованной интерференционной картины (т.е. её расположение) задается двумя параметрами d и r, определяющими положение максимумов и минимумов интерференции. В связи с этим различают два случая, а именно: полосы равного наклона и полосы равной толщины.

При d = const (плоскопараллельный воздушный слой, тонкая плоскопараллельная стеклянная пластинка) интерферирующими являются параллельные между собой лучи (рис. 2). При этом оптическая разность хода зависит от угла преломления r (следовательно, и от угла падения i).






экран




i В линза

n =1 С

---

О

r r n d

А

Рис.2.
Геометрическим местом точек пересечения всех интерферирующих пар лучей, падающих от широкого источника на пластину под одним и тем же углом i и собранных линзой на экране, является окружность на экране с центром, соответствующим углу падения i = 0.

Если для какого-то значения r величина  = m, то на экране будет светлое кольцо, если  = (2m + 1)/2, то темное кольцо. Такие интерференционные полосы называются полосами равного наклона, они локализованы на экране ( в отсутствии линзы – в бесконечности).

При изменяющейся толщине пленки (тонкий стеклянный клин) для постоянного угла падения (параллельный пучок, для которого r = const) условия максимума и минимума зависят от толщины пленки d в том или ином ее месте (рис.1).

Полосы интерференции, удовлетворяющие условию максимума (или минимума) и соответствующие одной и той же толщине клина (пленки), в этом случае локализованы над или под поверхностью пленки и называются полосами равной толщины.

Так, для правильного клина интерференционная картина представляет собой чередование светлых и темных полос, параллельных ребру клина.

Локализация полос равной толщины зависит от угла падения i и угла клина . При фиксированном  интерференционная картина расположена тем ближе к поверхности пленки, чем меньше угол падения i. В случае нормального падения лучей (i = 0) полосы равной толщины локализованы на поверхности пленки.

Для постоянного, но не равного нулю угла падения i интерференционная картина полос равной толщины расположена тем дальше от поверхности, чем меньше угол клина . При  = 0 (плоскопараллельный слой) полосы равной толщины переходят в полосы равного наклона, локализованные в бесконечности.
ТЕОРИЯ МЕТОДА.

Классическим примером полос равной толщины являются кольца Ньютона,

---