Консультация № 181105
05.12.2010, 01:04
0.00 руб.
0 19 1
Здравствуйте, уважаемые эксперты! Прошу Вас ответить на следующий вопрос:

На тонкий стеклянный клин падает нормально монохроматический свет. Наименьшая толщина клина, с которой видны интерференционные полосы в отраженном свете, равна 0,12 мкм. Расстояние между полосами 0,6 мм. Найти угол между поверхностями клина и длину волны света, если показатель преломления стекла 1,5.

Обсуждение

давно
Мастер-Эксперт
17387
18353
05.12.2010, 17:48
общий
это ответ
Здравствуйте, Zirinai!

Предлагаю Вам следующее решение задачи.

Дано: h1 = 0,12 мкм = 0,12 ∙ 10-6 м, ∆x = 0,6 мм = 0,6 ∙ 10-3 м, n = 1,5.
Определить: γ, λ.

Решение.



Клин можно рассматривать как простейшую тонкую плёнку, толщина которой не одинакова в разных местах. Выделим из всей совокупности лучей, падающих на поверхность клина, лучи 1 и 2, расстояние между которыми равно ширине интерференционной полосы ∆x.

На ребре клина его толщина равна нулю. Но при нулевой толщине у отражения минимум интерференции (разность хода нулевая, но один из лучей теряет полуволну), как было указано в мини-форуме Романом Чаплинским. Обозначим толщину клина в месте падения луча 1 через h1, в месте падения луча 2 – через h2. Тогда в точках падения лучей 1 и 2 наблюдаются интерференционные максимумы (светлые полосы), что соответствует предположению о минимальной толщине клина h1, с которой наблюдается итерференция.

Запишем условие для двух соседних максимумов интерференции (нулевого и первого порядков):
2h1n = λ/2, 2h2 = 3λ/2,
откуда
2(h2 – h1)n = λ. (1)

Если расстояния от ребра клина до рассматриваемых интерференционных полос равны x1 и x2 = x1 + ∆x, то
h1 = x1tg γ, h2 = x2tg γ = (x1 + ∆x)tg γ, h2 – h1 = ∆x ∙ tg γ ≈ ∆x ∙ γ (ввиду малости угла γ между поверхностями клина), откуда
γ = (h2 – h1)/∆x. (2)

Но h1/x1 = (h2 – h1)/∆x, а поскольку интерференционные полосы имеют равную ширину, то x1 = ∆x/2, и 2h1 = h2 – h1, с учётом чего, согласно формулам (2) и (1), получаем
γ = 2h1/∆x = 2 ∙ 0,12 ∙ 10-6/(0,6 ∙ 10-3) = 4 ∙ 10-4 ≈ 1'22”,
λ = 4nh1 = 4 ∙ 1,5 ∙ 0,12 ∙ 10-6 = 7,2 ∙ 10-7 (м) = 0,72 мкм.

Ответ: 4 ∙ 10-4 радиан ≈ 1'22”, 0,72 мкм.

Автор ответа благодарит всех участников мини-форума за плодотворную работу над исправлением ошибок в первоначальном варианте ответа.

С уважением.
Об авторе:
Facta loquuntur.
Неизвестный
05.12.2010, 19:51
общий
Большое спасибо, что уделили внимание моей задаче, но я уже нашла формулу, напрямую связывающую толщину клина, в очередном максимуме с длиной волны падающего света. Правда длина волны у меня при этом получается 4hn , т.е в 2 раза больше.
давно
Мастер-Эксперт
17387
18353
05.12.2010, 23:47
общий
Здравствуйте!

Вы пишете:
Цитата: 290749
но я уже нашла формулу, напрямую связывающую толщину клина, в очередном максимуме с длиной волны падающего света.


Где Вы нашли такую формулу? Не могли бы Вы привести в мини-форуме вопроса её вывод?

С уважением.
Об авторе:
Facta loquuntur.
Неизвестный
06.12.2010, 07:34
общий
Здравствуйте.
Очень подробный вывод формулы я нашла в учебнике физики Прокофьева (у него еще есть методичка). Формула выводится через оптическую разность хода. Единственно - для воздушного клина, остается только включить показатель преломления.
давно
Мастер-Эксперт
17387
18353
06.12.2010, 09:48
общий
Здравствуйте!

К сожалению, я никогда не видел такого учебника.

В общем, смотрите сами. Ведь задачу сдавать Вам, а не мне...

С уважением.
Об авторе:
Facta loquuntur.
давно
Мастер-Эксперт
325460
1469
06.12.2010, 13:29
общий
Адресаты:

монохроматический свет - - видимое излучение оно в пределах от 380-740 нан (Видимое излучение)


[$955$]=2n*[$916$]x*tg[$945$] если угол вы нашли правильно то получается 360

проверил Ваши выкладки, все правильно, только не понятно почему в видимый спектр не вписываемся..
Об авторе:
to live is to die
Неизвестный
06.12.2010, 14:37
общий
Адресаты:

Если Вам интересно, вот ссылка на сайт, где можно скачать учебник Прокофьева
http://www.alleng.ru/d/phys/phys243.htm
А это мое решение по выводу из его учебника.

Условие интерференционных максимумов в отраженном свете:
Δ=2m λ/2=2dn+λ/2
Δ – оптическая разность хода
На границе, где поверхности клина соприкасаются, наблюдается темная полоса. Первая светлая полоса (m_1=1), возникает при ∆=λ, так как
Δ=2m_1*λ/2=2*1*λ/2=λ
Поэтому
λ=2d_1*n+λ/2
λ=4d_1*n
λ=4*12*〖10〗^(-8)*1,5=720*〖10〗^(-9) (м)

Аналогично находится толщина клина в месте падения второго луча, а угол находится из геометрических соображений
давно
Мастер-Эксперт
17387
18353
06.12.2010, 15:14
общий
Адресаты:
Здравствуйте!

Можно исходить из того, что в условиях адаптации к темноте глаз может видеть инфракрасный свет с длиной волны до 950 нм и ультрафиолетовый свет с длиной волны не меньше 300 нм. Хотя, конечно, сама задача оказалась с подвохом.

Найдя значение длины волны, я всё же решил, что оно соответствует условию задачи.

Благодарю за указание о новом для меня учебнике. Переделывать решение или удалять его не буду по той причине, что оно соответствует подходу к решению задач без подвоха.

Ещё раз спасибо за конструктивное обсуждение.

С уважением.
Об авторе:
Facta loquuntur.
давно
Мастер-Эксперт
325460
1469
06.12.2010, 19:22
общий
Адресаты:
небольшое уточнение, вы пишете условие максимума интенсивности света при интерференции, а формула для минимума...
интерференция волн
тут не указано что нужно брать минимумы.
действительно вывод Zirinai более корректен, и угол будет в два раза больше.
Об авторе:
to live is to die
давно
Мастер-Эксперт
325460
1469
06.12.2010, 19:28
общий
на мой взгляд Вы правильно сделали решение задачи, для получения угла можете использовать мою формулу, если нужен вывод могу его предоставтиь немного позже.
угол=[$955$]/(2*n*[$916$]x)
Об авторе:
to live is to die
Неизвестный
06.12.2010, 19:32
общий
Адресаты:

Большое спасибо, но задачу я уже оформила и отдала. Хотя можно посмотреть какой вывод у Вас и сравнить с моим Результат у меня 0,0004 рад или 1,37'
давно
Мастер-Эксперт
325460
1469
08.12.2010, 18:24
общий
это с минимумами, но вывод похожий
Об авторе:
to live is to die
давно
Модератор
156417
2175
10.12.2010, 00:42
общий
Я тоже вижу в ответе ошибки.
x1 = ∆x

Если в точке x1 максимум отражения и в точке x2=x1+∆x тоже максимум, то и в точке x1-∆x тоже должен быть максимум. Но при нулевой толщине у отражения минимум интерференции (разность хода нулевая, но один из лучей теряет полуволну).
Если расстояние между максимумами ∆x, то расстояние между соседними минимумом и максимумом ∆x/2, следовательно расстояние между ребром (минимум) и первым максимумом x1 = ∆x/2

2h1n = λ/2
λ = 2nh1 = 2 ∙ 1,5 ∙ 0,12 ∙ 10-6 = 3,6 ∙ 10-7 (м) = 0,36 мкм.

а здесь просто двойка куда-то пропала.

[offtop]А вообще хороша формулировка "Наименьшая толщина клина, с которой видны интерференционные полосы". Трактуй как хочешь: максимум это, минимум или где-то между ними... Любят авторы задач нечёткие формулировки[/offtop]
давно
Мастер-Эксперт
17387
18353
10.12.2010, 02:02
общий
Адресаты:
Здравствуйте, Игорь Витальевич!

Я исправил решение. Благодарю!

С уважением.
Об авторе:
Facta loquuntur.
давно
Мастер-Эксперт
17387
18353
10.12.2010, 03:06
общий
Адресаты:

Благодарю за разбор ошибок!
Об авторе:
Facta loquuntur.
давно
Мастер-Эксперт
17387
18353
10.12.2010, 03:08
общий
Адресаты:

Благодарю за участие в работе над ошибками!
Об авторе:
Facta loquuntur.
давно
Посетитель
7438
7205
10.12.2010, 03:11
общий
Адресаты:
Ну и отлично
Об авторе:
"Если вы заметили, что вы на стороне большинства, —
это верный признак того, что пора меняться." Марк Твен
Неизвестный
10.12.2010, 07:47
общий
Большое спасибо, что уделили такое внимание моей задаче.
давно
Мастер-Эксперт
17387
18353
10.12.2010, 07:52
общий
Здравствуйте!

Мы рады Вам помочь!

С уважением.
Об авторе:
Facta loquuntur.
Форма ответа