Описание экспериментальной установки и

1 2 3

ВОЛНОВАЯ ОПТИКА

Лабораторный практикум по физике

№ О3

Ростов-на-Дону

2017

Лабораторная работа № О3

ИЗУЧЕНИЕ ИНТЕРФЕРЕНЦИИ СВЕТА

ПРИ НАБЛЮДЕНИИ КОЛЕЦ НЬЮТОНА

Цель работы: определение радиуса кривизны линзы с помощью колец Ньютона; определение длины волны монохроматического света.

Оборудование: оптическая скамья, устройство для получения колец Ньютона, светофильтры, ртутная лампа с двойным конденсором и источником питания, собирающая линза, держатели для линз, экран.

Краткая теория

Оптическая длина пути – величина, равная произведению геометрической длины проходимого волной пути на показатель преломления среды , в которой распространяется свет:

Абсолютный показатель преломления среды – величина, равная отношению фазовых скоростей света в вакууме и в данной среде:

Среда с бóльшим показателем преломления называется оптически более плотной. При отражении от границы раздела среды, оптически менее плотной, со средой, оптически более плотной, фаза световой волны изменяется на , что равносильно потере полуволны.

Условие наблюдения интерференционного максимума: если в оптической разности хода двух лучей до данной точки укладывается целое число длин волн в вакууме, то в данной точке будет наблюдаться максимум интенсивности света:

где , – длина волны в вакууме (в воздухе).

Условие наблюдения интерференционного минимума: если в оптической разности хода двух лучей до данной точки укладывается нечетное число длин полуволн в вакууме, то в данной точке будет наблюдаться минимум интенсивности света:

где

На рис. 1 схематически изображено устройство для получения интерференционной картины в виде колец Ньютона в проходящем свете. Плосковыпуклая стеклянная линза большого радиуса кривизны прижимается выпуклой стороной к плоской стеклянной пластине так, чтобы между ними образовался воздушный зазор переменной толщины. На плоскую поверхность линзы нормально падает параллельный пучок лучей (на рис. 1 продолжен один из таких лучей). Падающий луч 1 частично проходит сквозь систему линза-пластина (луч 1’), частично отражается от стеклянной пластины, а затем отражается от линзы, образуя луч 1’’. Лучи 1’ и 1’’ являются когерентными и интерферируют между собой. При этом возникает интерференционная картина, имеющая вид концентрических окружностей радиусами .

При отражении световой волны от границы раздела среды оптически менее плотной со средой оптически более плотной (воздух-стекло) фаза колебаний светового вектора изменяется на . Поскольку луч 1’’ дважды испытывает такое отражение (от пластины и от линзы), суммарное изменение фазы составляет , т.е. колебания светового вектора в лучах 1’ и 1’’ происходят в одинаковой фазе. Оптическая разность хода этих лучей (рис. 1) определяется выражением

, (1)

где – ширина воздушного зазора в точке падения луча 1;

– показатель преломления воздуха.

Как видно из рис. 1,

, .

Т. к. , . (2)

При наблюдении минимума в оптической разности хода двух лучей до данной точки укладывается нечетное число длин полуволн в вакууме, , поэтому радиус темного кольца Ньютона в проходящем свете в соответствии с (2) определяется формулой

где – номер кольца.

При наблюдении максимума , поэтому радиус светлого кольца Ньютона в проходящем свете определяется формулой

где – номер кольца.

Чем больше , тем меньше различие между радиусами соседних колец, и тем ближе кольца друг к другу. Каждое кольцо имеет заметную ширину и в нем осуществляется плавный переход от максимума к минимуму.