Файл: Измерение радиуса кривизны линзы методом интерференционных колец ньютона.docx
Добавлен: 10.01.2024
Просмотров: 864
Скачиваний: 18
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Министерство цифрового развития, связи и массовых коммуникацийРоссийской ФедерацииСибГУТИКафедрафизики
Новосибирск2023г.
Всветовойволнепроисходятколебаниявекторовнапряженностиэлектрического и магнитного полей. Эти вектора перпендикулярны друг другу,иобаониперпендикулярнынаправлениюраспространениясвета(Рис.2).Рисунок2-Строениеплоскойэлектромагнитнойволны.Для плоской электромагнитной синусоидальной волны (Рис. 2) колебаниявекторовнапряженностиэлектрическогоимагнитногополяописываетсяфункциями:Ey Emcostkx0
Hz Hm
cos(t kx 0
) , (1)
где: Еm амплитуда напряжённости электрического поля в волне;
Hm амплитуда напряжённости магнитного поля в волне;
циклическая частота; длина волны;
k 2
t– время, прошедшее от начала колебаний в источнике;
х– координата, совпадающая с направлением распространения волны, расстояние от источника до данной точки;
φ=t–kx+φ0 фаза колебаний, зависящая от момента времени и координаты рассматриваемой точки пространства;
φ0 начальная фаза колебаний в точке с координатой х= 0.
С диэлектриками и большинством других веществ взаимодействует электрическая составляющая световой волны. Поэтому в волновой оптике, как правило, рассматриваются колебания только напряженности электрического поля, ее называют световым вектором:
???? = ????????????????????(???????? − ???????? + ????0)
Явление интерференции света возникает при наложении двух или большего числа световых волн и заключается в том, что интенсивность результирующей волны не равняется сумме интенсивностей волн, которые накладываются. В одних точках пространства интенсивность оказывается большей, чем сумма, в других – меньшей, т.е. возникает устойчивая система максимумов и минимумов интенсивности, которая называется интерференционной картиной.
4(E
m)2. В этих точках будут наблюдаться максимумы, т.е. наиболееяркиелинииинтерференционной картины(максимумы нарисунке 3).Если волны придут в точкунаблюдения в противофазе, тосветовыевекторабудуткомпенсироватьдругдруга,онибудутнаправленывразныестороны и результирующий вектор будет равен разности исходных световыхвекторов (EРЕЗ= Em1– Em2= 0). В точке наблюдения света не будет – минимумуинтенсивности.Учитываяэтоипереходяотразностифазкразностиоптическихпутейполучаемусловиемаксимумаиминимумаинтенсивностиинтерференционной картины, записанное через оптическую разность ходалучей-(∆).∆=±????∙????????, (m=0,1, 2,…)–условиемаксимума (5) ???????? = ± (???? + ????) ∙ ???? , (m=0,1,2,…)– условиеминимума (6)
Условие максимума (5): при интерференции 2-х когерентных волн в точке наблюдения будет наблюдаться интерференционный максимум, если оптическая разность хода этих волн равна целому числу волн (волны приходят в точку наблюдения в фазе).
Условие минимума (6): при интерференции 2-х когерентных волн в точке наблюдения будет наблюдаться интерференционный минимум, если оптическая разность хода этих волн равна полуцелому числу волн (волны приходят в точку наблюдения в противофазе).
Идеальнуюинтерференционнуюкартинуотдвухсветовыхволнпредставляетрисунок3,который
Лабораторная работа №7.2
«ИЗМЕРЕНИЕ РАДИУСА КРИВИЗНЫ ЛИНЗЫ МЕТОДОМ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫХ КОЛЕЦ НЬЮТОНА»
Выполнил:студентгр.ЗМ-221Колчева В.С.№ Зачетной книжки: 123220061Преподаватель: Черевко А.Г.| Измерения сняты | | | | |
| | дата | | подпись | |
| Отчет принят | | | ||
| Защита: | | | ||
| оценка | дата | | подпись | |
-
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
-
ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
| | Цвет | Диапазон длин волн, нм | | Рисунок 1 - Диапазоны длин волн видимого света. Электромагнитные излучение с длиной волны, λ менее 380 нм относятся к ультрафиолетовому излучению. а с λ> 760 нм к инфракрасному излучению и человеческим глазом не фиксируется |
| | Фиолето вый | 380-450 | ||
| | Синий | 450-480 | ||
| | Голубой | 480—500 | ||
| | Зелёный | 500—560 | ||
| | Жёлтый | 560—590 | ||
| | Оранжев ый | 590—620 | ||
| | Красный | 620—760 |
Всветовойволнепроисходятколебаниявекторовнапряженностиэлектрического и магнитного полей. Эти вектора перпендикулярны друг другу,иобаониперпендикулярнынаправлениюраспространениясвета(Рис.2).Рисунок2-Строениеплоскойэлектромагнитнойволны.Для плоской электромагнитной синусоидальной волны (Рис. 2) колебаниявекторовнапряженностиэлектрическогоимагнитногополяописываетсяфункциями:Ey Emcostkx0
Hz Hm
cos(t kx 0
) , (1)
где: Еm амплитуда напряжённости электрического поля в волне;
Hm амплитуда напряжённости магнитного поля в волне;
циклическая частота; длина волны;
k 2
-
волновое число;
t– время, прошедшее от начала колебаний в источнике;
х– координата, совпадающая с направлением распространения волны, расстояние от источника до данной точки;
φ=t–kx+φ0 фаза колебаний, зависящая от момента времени и координаты рассматриваемой точки пространства;
φ0 начальная фаза колебаний в точке с координатой х= 0.
С диэлектриками и большинством других веществ взаимодействует электрическая составляющая световой волны. Поэтому в волновой оптике, как правило, рассматриваются колебания только напряженности электрического поля, ее называют световым вектором:
???? = ????????????????????(???????? − ???????? + ????0)
Явление интерференции света возникает при наложении двух или большего числа световых волн и заключается в том, что интенсивность результирующей волны не равняется сумме интенсивностей волн, которые накладываются. В одних точках пространства интенсивность оказывается большей, чем сумма, в других – меньшей, т.е. возникает устойчивая система максимумов и минимумов интенсивности, которая называется интерференционной картиной.
- 1 2 3 4
Два условия возникновения интерференции волн:
1- Когерентность волн, такое наложение двух волн, при котором в различных точках пространства колебания световых векторов волн происходит синхронно и возникают устойчивые во времени максимумы и минимумы интенсивности. Это означает – разность фаз двух волн постоянна во времени:
∆???? = ???????? − ???????? = ???????????????????? – условие когерентности базовое
Следствие: учитывая, что фаза равна ???? = (???????? − ???????? + ????0), ???? ???? = 2????/???? получаем, что волны когерентны, если у них одинаковы частоты и разность начальных фаз постоянна:
???????? = ????????; (???????????? − ????????????) = ???????????????????? – условие когерентности удобное для анализа
2 - Идентичная поляризация двух волн, это означает, что колебания светового вектора происходят в одном направлении, или в близких направлениях.
-
Условия максимума и минимума интенсивности интерференционной картины
-
Оптическая длина пути, оптическая разность хода волн
В вакууме скорость света (с) всегда постоянна и равна с = 3 ∙ 108, м/с. В среде скорость света (V) меньше, чем в вакууме, Отношение этих скоростей называется показателем преломления среды
???? = ????/???? , (2)
Например, в стекле (n=1,5) скорость света в полтора раза меньше, чем в вакууме. Таким образом, для преодоления одного и того-же расстояния свету в стекле понадобится в n раз больше времени, т.е. в 1,5 раза больше времени. Чем в вакууме. Чтобы упростить расчеты при анализе интерференционных и дифракционных явлений вводят понятие оптической длины пути:
Оптическая длина пути - это расстояние, которое прошел бы свет в вакууме за то время, которое он затратил на прохождение заданного пути в веществе. Оптическая длина пути в n раз больше расстояния, пройденного светом в веществе с показателем преломления n:
????ОПТ = ???????? (3)
Например, свет в стекле с показателем преломления n=1,5 прошел расстояние L Определить оптическую длину пути: Lопт=nL=1,5L.
Оптическая разность хода (∆) – это разность оптических путей двух интерферирующих лучей от точки их раздвоения до экрана или другого объекта, где создается интерференционная картина
∆= ????ОПТ2 − ????ОПТ1 (4)
- Условия максимума и минимума интенсивности интерференционной картины, записанное через оптическую разность хода лучей - (∆).
Пусть происходит интерференция двух когерентных волн с одинаковыми амплитудами световых векторов Em1= Em2= Em. Если электромагнитные волны приходят в точку наблюдения в фазе, то при их наложении световые вектора волн будут направлены в одну сторону и будут складываются и общая (результирующая) амплитуда будет удвоена (EРЕЗ= Em1+ Em2= 2Em), а интенсивность результирующей волны будет в 4 раза больше интенсивности исходной волны, т.к. интенсивность пропорциональна квадрату амплитуды, IРЕЗ= 4I
4(E
-
Условия максимума и минимума интенсивности интерференционной картины
-
Оптическая длина пути, оптическая разность хода волн
-
- Условия максимума и минимума интенсивности интерференционной картины, записанное через оптическую разность хода лучей - (∆).
m)2. В этих точках будут наблюдаться максимумы, т.е. наиболееяркиелинииинтерференционной картины(максимумы нарисунке 3).Если волны придут в точкунаблюдения в противофазе, тосветовыевекторабудуткомпенсироватьдругдруга,онибудутнаправленывразныестороны и результирующий вектор будет равен разности исходных световыхвекторов (EРЕЗ= Em1– Em2= 0). В точке наблюдения света не будет – минимумуинтенсивности.Учитываяэтоипереходяотразностифазкразностиоптическихпутейполучаемусловиемаксимумаиминимумаинтенсивностиинтерференционной картины, записанное через оптическую разность ходалучей-(∆).∆=±????∙????????, (m=0,1, 2,…)–условиемаксимума (5) ???????? = ± (???? + ????) ∙ ???? , (m=0,1,2,…)– условиеминимума (6)
Условие максимума (5): при интерференции 2-х когерентных волн в точке наблюдения будет наблюдаться интерференционный максимум, если оптическая разность хода этих волн равна целому числу волн (волны приходят в точку наблюдения в фазе).
Условие минимума (6): при интерференции 2-х когерентных волн в точке наблюдения будет наблюдаться интерференционный минимум, если оптическая разность хода этих волн равна полуцелому числу волн (волны приходят в точку наблюдения в противофазе).