Методические указания к теоретическим и практическим материалам по теме «Интерференция света» для студентов всех технических направлений. Агапитова Н.В., Бугаков А.В

интерференционной картины на одну полосу. Таким образом, , где - число прошедших в поле зрения полос, откуда

Cчитать, что лучи падают нормально к поверхности объектива.

Решение. Свет, падая на объектив, отражается как от передней, так и от задней поверхностей тонкой плёнки. Ход лучей для случая их наклонного падения изображён на рисунке 23-1. Отражённые лучи 1, 2 интерферируют.

Условие минимума интенсивности света при интерференции выражается формулой , где – нечётное число, т.е.

(1)

Оптическая разность хода лучей, отражённых от поверхностей тонкой плёнки, окружённой одинаковыми средами, оп-

ределяется формулой . В данном случае

плёнка окружена различными средами – воздухом и стеклом . Из неравенства следует, что оба

луча 1 и 2, отражаясь от границы с оптически более плотной средой, «теряют» половину волны. Так как это не влияет на их

39

разность хода, то в следует отбросить член

. Кроме того, полагая , получим

Из равенства (1) и (2) находим толщину плёнки:

Учитывая, что – существенно положительная величина

.

Задача 2.17. Оценить длину когерентности в случае: а) сплошного спектра видимого света,

б) излучение гелий-неонового лазера (, ширина линии излучения ).

Решение. Волновой цуг можно представить как суперпозицию монохроматических волн разных частот. Если частотный диа-

пазон цуга - длина волны, приходящейся на его середину, - соответствующая ей частота, то

Отсюда: а) ; б) .

Задача 2.18. Для уменьшения потерь света из-за отражения от поверхностей стекла осуществляют «просветление оптики»: на свободную поверхность линз наносят тонкую плёнку с показа-

40

телями преломления в этом случае амплитуда отра-

жённых волн от обеих поверхностей такой плёнки одинакова. Определить толщину слоя, при которой отражение для света с

Решение.

При отражении света от границ раздела воз- дух-плёнка и плёнкастекло возникает интерференция когерентных лучей 1' и 2'. Половину плёнки и показателя

плёнки и можно подобрать так, чтобы волны, отражённые от обеих поверхностей

плёнки, гасили друг друга. Для этого их амплитуды должны быть равны, а оптическая разность хода равна

(1)

так как , то , следовательно,

.

По условию задачи , тогда , где

.

41

3. ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ

Задача 3.1. Сколько длин волн монохроматического света с частотой колебаний 14 Гц уложится на пути длиной

: 1)в вакууме; 2) в стекле? Ответ: 2∙103; 3∙103.

Задача 3.2. Оптическая разность хода двух интерферирующих волн монохроматического света равна . Определить разность фаз . Ответ: .

Задача 3.3. Определить длину волны отрезка, на котором

укладывается столько же длин волн в вакууме, сколько их укладывается на отрезке в воде? Ответ: 1,3 м.

Задача 3.4. Два параллельных пучка световых волн I и II падают на стеклянную призму с преломляющим углом 0 и

после преломления выходят из нее (рис. 2.1). Найти оптическую разность хода световых волн после преломления их

призмой. Ответ: 1,73 см.

Задача 3.5. Расстояние d между двумя когерентными источниками света () равно 0,1 мм. Расстояние между

интерференционными полосами на экране в средней части интерференционной картины равно 1 см. Определить расстояние

от источника до экрана. Ответ: 2 м.

Задача 3.6. В опыте Юнга на пути одного из интерферирующих лучей помещалась тонкая стеклянная пластинка, вследствие чего центральная светлая полоса смещалась в положение, первоначально занятое пятой светлой полосой (не считая центральной). Луч падает перпендикулярно поверхности пластинки. Показатель преломления пластинки . Длина волны

. Какова толщина пластинки? Ответ: 6 мкм.

42

Задача 3.7. В опыте с зеркалами Френеля расстояние между

мнимыми изображениями источника света 0,5 мм, расстояние от них до экрана равно 5 м. В желтом свете ширина интерфе-

ренционных полос равна 6 мм. Определить длину волны желтого света. Ответ: 0,6 мкм.

Задача 3.8. На пути световой волны, идущей в воздухе, поставили стеклянную пластину толщиной h=1 мм. На сколько изменится оптическая длина пути, если волна падает на пластинку: 1) нормально; 2)под углом ? Ответ: Увеличится:

1) на 0,50 мм; 2) на 0,548 мм.

Задача 3.9. Источник света () и плоское зеркало расположено, как показано в “зеркале Лойда”. Что будет

.

Задача 3.10. Расстояния бипризмы Френеля до узкой щели и

лите максимальное число полос, наблюдаемых на экране, если

. Ответ:

Задача 3.11. На мыльную пленку падает белый свет под углом к поверхности плёнки. При какой неизменной толщине

плёнки отраженные лучи будут окрашены в желтый цвет ( )? Показатель преломления мыльной воды

. Ответ: 0,13 мкм.

43

Задача 3.12. Мыльная пленка, расположенная вертикально, образует клин вследствие стекания жидкости. При наблюдении интерференционных полос в отражённом свете ртутной

кулярно к поверхности пленки. Показатель преломления мыльной воды . Ответ: 11.

Задача 3.13. Установка для получения колец Ньютона освещается белым светом, падающим по нормали к поверхности пла-

ду поверхностями клина, если расстояние между двумя соседними интерференционными минимумами в отражённом свете равно 2 мм. Ответ:

Задача 3.15. Монохроматический свет падает нормально на поверхность воздушного клина, причём расстояние между интерференционными полосами . Определить рас-

стояние между интерференционными полосами, если про-

странство между пластинками, образующими клин, заполнить прозрачной жидкостью с показателем преломления .

Ответ: .

Задача 3.16. Определить перемещение зеркала в интерферометре Майкельсона, если интерференционная картина

44

Задача 3.17. На пути лучей интерференционного рефрактометра помещаются трубки длиной с плоскопарал-

лельными стеклянными основаниями, наполненные воздухом (). Одну трубку заполнили хлором, и при этом

интерференционная картина сместилась на полос.

Определить показатель преломления хлора, если наблюдения производятся с монохроматическим светом с длиной волны

. Ответ: .

Задача 3.18. Для измерения показателя преломления аммиака в одно из плеч интерферометра Майкельсона помещена закрытая с обеих сторон, откачанная до высокого вакуума стеклянная трубка длиной . При заполнении трубки аммиа-

ком интерференционная картина для волны сме-

стилась на 192 полосы. Определить показатель преломления аммиака. Ответ: .

Задача 3.19. На рис. 2.9 показана схема интерференционного рефрактометра, применяемого для измерения показателя преломления прозрачных веществ. – узкая щель, освещаемая

монохроматическим светом с длиной волны ; 1 и 2

– кюветы длиной , которые заполнены воздухом . При замене в одной из кювет воздуха на ам-

миак интерференционная картина на экране сместилась на полос. Определите показатель преломления аммиака.

Ответ: .

Задача 3.20. На установке для получения колец Ньютона был измерен в отражённом свете радиус третьего тёмного кольца (). Когда пространство между плоскопараллельной

45

пластиной и линзой заполнили жидкостью, то тот же радиус стало иметь кольцо с номером на единицу большим. Определить показатель преломления жидкости. Ответ:

.

Задача 3.21. Установка для получения колец Ньютона освещается монохроматическим светом, падающим по нормали к поверхности пленки. Радиус кривизны линзы . Наблюдение ведётся в отражённом свете.

Измерениями установлено, что радиус четвёртого тёмного кольца (считая центральное тёмное пятно за нулевое)

. Найти длину волны падающего света. Ответ:

.

Задача 3.22. На экране наблюдается интерференционная картина от двух когерентных источников света с длиной волны . Когда на пути одного из пучков поместили

тонкую пластинку из плавленного кварца с показателем преломления , то интерференционная картина

кварцевой пластинки. Ответ: .

Задача 3.23. В оба пучка света интерферометра Жамена были помещены цилиндрические трубки длиной ,

закрытые с обоих концов плоскопараллельными прозрачными пластинками; воздух из трубок был откачан. При этом наблюдалась интерференционная картина в виде светлых и тёмных полос. В одну из трубок был впущен водород, после чего интрефрененционная картина сместилась на

Задача 3.24. Определить перемещение зеркала в интерферометре Майкельсона, если интерференционная

Задача 3.25. На линзу с показателем преломления

нормально падает монохроматический свет с длиной волны . Для устранения потерь света в результате

отражения на линзу наносится тонкая плёнка. Определить толщину плёнки. Ответ: 109 нм.

47

Библиографический список

1.Савельев И.В. Курс физики. Кн. 4 Волны. Оптика [Текст] / И.В. Савельев. – М.: Лань, 2005. – 256 с.

2.Трофимова Т.И. Курс физики [Текст] / Т.И. Трофимова. - М.: Изд. центр “Академия”,2007. – 560 с.

3.Детлаф А.А. Курс физики [Текст] / А.А. Детлаф, Б.М. Яворский– М.:Высш. шк., 2000. – 718 с.

4.Чертов А.Г. Задачник по физике [Текст] / А.Г. Чертов, А.А. Воробьёв. – М.: Физматлит, 2009. – 640 с.

5.Волькенштейн В.С. Сборник задач по общему курсу физики [Текст] / В.С. Волькенштейн. 8–е изд., М.: Машино-

строение, 2005. – 389 с.

6.Трофимова Т.И. Курс физики с примерами решения задач: в 2 т. [Текст] / Т.И. Трофимова, А.В. Фирсов.- М.: КНО-

РУС, 2010. - Т.2 – 384 с.

7.Иродов И.Е. Задачи по общей физике [Текст] / И.Е. Иродов.

– М.: Лаб. Баз. Знан. ф.-м. лит., 2002. – 431 с.

8.Новодворская Е.М. Сборник задач по физике для ВТУ ЗОВ [Текст] / Е.М. Новодворская, Э.М. Димитриева. – М.:ОНИКС 21 век «Мир и образование», 2003 – 368 с.

48