12118

ИССЛЕДОВАНИЕ ИНТЕРФЕРЕНЦИИ СВЕТА НА РАЗНЫХ ДЛИНАХ ВОЛН ПО КОЛЬЦАМ НЬЮТОНА

Лабораторная работа

Физика

Лабораторная работа № 3 ИССЛЕДОВАНИЕ ИНТЕРФЕРЕНЦИИ СВЕТА НА РАЗНЫХ ДЛИНАХ ВОЛН ПО КОЛЬЦАМ НЬЮТОНА Цель работы: изучение интерференции на тонких пленках и определение по r0  интерференционной картине длины волны света. Оборудование микроскоп с осветителем ...

Русский

2013-04-24

64.5 KB

45 чел.

Лабораторная работа № 3

ИССЛЕДОВАНИЕ ИНТЕРФЕРЕНЦИИ СВЕТА

НА РАЗНЫХ ДЛИНАХ ВОЛН ПО КОЛЬЦАМ НЬЮТОНА

Цель работы: изучение интерференции на тонких пленках и определение по r0  интерференционной картине длины волны света.

Оборудование микроскоп с осветителем, линза и плоскопараллельная пластинка, заключенные в оправу.

Краткие теоретические сведения

Одним из проявлений интерференции света являются кольца Ньютона. Кольца Ньютона – это интерференционная картина, наблюдаемая (в отраженном и проходящем свете) в случае падения света на воздушный клин, образованный поверхностью плоскопараллельной пластинки и соприкасающейся с ней плоско-выпуклой линзы с большим радиусом кривизны R (рис. 1).

Рис. 1

Роль тонкой пленки, от поверхности которой отражаются когерентные, интерферирующие между собой волны 1А И 2В (1А – отражение в точке А, 2В – отражение в точке В на рис. 1), играет воздушный зазор толщины h между пластинкой и линзой. Отметим, что вследствие большой толщины пластинки и линзы, за счет отражений света от других их поверхностей интерференционные полосы не возникают.

При нормальном падении света на данную оптическую систему в отраженном свете интерференционная картина имеет вид концентрических светлых и темных колец с черным пятном в центре. Условие для радиуса
m-го темного кольца имеет вид

, 

где m = 1, 2, ….., – длина волны падающего света, n – показатель преломления вещества зазора между пластиной и линзой (для воздуха n = 1).
В частности, для центрального темного пятна
m = 0. Для светлых колец

.  (2)

Следовательно, измерив радиус кольца Ньютона, зная его номер m и радиус линзы R, можно определить длину волны по формуле

, 3)

при n = 1. Эта формула справедлива, если линза плотно прилегает к пластинке и  воздушный зазор в точке О отсутствует.

На практике намного точнее длину световой волны можно определить по разности квадратов радиусов двух колец ri2 и rj2. Расчетная формула для в этом случае примет вид

.

Так как экспериментально удобнее измерять не радиусы, а диаметры интерференционных колец, то длину световой волны выражают через диаметры di и dj колец Ньютона:        

 4)

Описание установки

Рис. 2

Для наблюдения колец Ньютона используется измерительный отражательный микроскоп (рис. 2). На его столик помещают оптическую систему, состоящую из плоскопараллельной пластинки и линзы, которая выпуклой стороной прижата к пластине. Вся эта оптическая система заключена в оправу 5. Между окуляром и объективом микроскопа расположен специальный осветитель 1, который дает возможность наблюдать кольца Ньютона в отраженном свете с помощью полупрозрачной пластинки 2. Свет источника 4, пройдя через светофильтр 3, отражается от пластинки 2 и частично попадает на оправу 5. Затем отраженный свет попадает в окуляр. Окулярная шкала позволяет измерить диаметры колец Ньютона. Цена деления  окулярной шкалы, с помощью которой измеряются диаметры колец Ньютона, и радиус кривизны линзы R указаны на рабочем месте. Наиболее четкими интерференционные полосы оказываются при фокусировке на воздушную прослойку. 

Порядок выполнения работы

1. Проверить настройку микроскопа. Для этого нужно положить на столик микроскопа лист белой бумаги, включить осветитель и убедиться, что световое пятно имеет круглую форму и равномерную освещенность.

2. Обнаружить интерференционную картину в виде темной точки, рассматривая поверхность линзы в оправе невооруженным глазом в отраженном свете.

3. Расположить оправу с линзой на столике микроскопа так, чтобы интерференционная картина оказалась в центре под объективом.

4. Осторожно опустить тубус микроскопа почти до соприкосновения с поверхностью линзы, ни в коем случае не касаясь ее.

5. Затем, медленно поднимая тубус, добиться появления в поле зрения окуляра  интерференционных колец.

6. Перемещая столик микроскопа, расположить кольца в поле зрения так, чтобы окулярная шкала пересекла их по диаметру. Вставить светофильтр и измерить диаметры всех темных колец в делениях окулярной шкалы с последующим переводом в миллиметры. Цена деления измерительной шкалы в миллиметрах указана на установке. Все результаты занести в таблицу.

Таблица

 

Номер

измерения

Цвет

светофильтра

Номер

кольца

di ,

(в делениях шкалы)

di,

мм

di

мм2

, мм

7.  Заменить светофильтр и вновь измерить диаметры темных колец.

8.  По формуле (4) вычислить длины волн для различных пар колец. Следует указать, какая пара колец взята для расчета. Например, если взяты для расчета 1 и 2-е кольца, следует писать 1-2 = ....., если 1 и 3-е – 1-3 = .... .

9.  Найти среднее значение измеряемой длины волны для каждого светофильтра и оценить ошибку измерений.

Контрольные вопросы

1. Какое явление называется интерференцией?

2. Какие волны называются когерентными?

3. Вывести условия усиления и ослабления света при интерференции двух волн.

4. Показать ход интерферирующих лучей, которые дают кольца Ньютона в отраженном свете.

5. Вывести рабочую формулу для определения длины волны света.

6. Объяснить наблюдаемую интерференционную картину в белом и монохроматическом свете.

7. Что будет наблюдаться в центре интерференционной картины, если наблюдения проводить в проходящем свете?

8. Где плотнее расположены интерференционные кольца: в центре или на периферии? Почему?

9. Как влияет радиус кривизны линзы на интерференционную картину?

10. Как изменится расстояние между кольцами с увеличением показателя преломления вещества в зазоре между линзой и пластинкой?

Библиографический список

к лабораторной работе № 3

1. Савельев, И. В. Курс общей физики: учеб. пособие / И. В. Савельев. – СПб.: Лань, 2005. – Т. 2. – § 122.

2. Савельев, И. В. Курс общей физики. Волны. Оптика: учеб. пособие для втузов / И. В. Савельев. – М.: Астрель, 2003. – Т. 4. – гл. 4 § 4.4.

3. Кингсеп, А. С. Основы физики. / А.С. Кингсеп, Локшин, Г. Р., Ольхов, О. А.. – М., 2001. – ч. 3 гл. 7.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

6500. О двух типах условного рефлекса 118 KB
  О двух типах условного рефлекса Работа Скиннера о двух типах условного рефлекса представляет значительный интерес в качестве попытки внести больше ясности и точности, чем было ранее сделано, в ту старую и часто обсуждаемую тему условного рефлек...
6501. Психологическое влияние окружающей среды 319.5 KB
  В данной работе речь пойдет лишь о психологическом влиянии окружающей среды. Это не означает, что физическое воздействие окружения, например воздействие питания или климата, не имеет психологического значения. Напротив, мы считаем, что ребенок...
6502. Намерение, воля и потребность 503 KB
  Намерение, воля и потребность Предисловие Основная часть данной работы представляет собою расширенный вариант доклада, предназначавшегося для XI Конгресса по экспериментальной психологии (Мюнхен, 1925 г.), от участия в котором мне пришлось отказатьс...
6503. Психологическая ситуация награды и наказания 620.5 KB
  Психологическая ситуация награды и наказания Проблему награды и наказания мы будем обсуждать здесь не во всей ее полноте. Ибо в качестве педагогической проблемы вопрос о том, возможно ли вообще избежать наказания и вознаграждения, является частью...
6504. Интеллектуальное поведение животных 100.5 KB
  Р. Лурия. Интеллектуальное поведение животных В прошлом занятии мы дали характеристику двух типов поведения животных: один мы назвали типом сенсорной психики или инстинктивного поведения, второй - типом перцептивной психики или индивидуально...
6505. Корреляционный анализ 43.88 KB
  Корреляционный анализ Исходные данные Построим выборку, состоящую из 20 значений двух случайных величин (xi, yi). В качестве случайной величины X была выбрана средняя заработная плата стран мира, за Y размер внешнего долга (таблица 1). Таблица 1. Ст...
6506. Регрессионный анализ 40.01 KB
  Регрессионный анализ Исходные данные Пусть y-случайная переменная, x-неслучайная переменная. - выборка значений (xy), полученная в эксперименте. xi- количество населения в миллионах, yi- число городов в России соответствующие данно...
6507. Подбор закона распределения по опытным данным и проверка его согласия по критериям χ2 и Колмогорова 73.39 KB
  Подбор закона распределения по опытным данным и проверка его согласия по критериям. Выборка случайной величины объёмом...
6508. Кампания по освоению целинных и залежных земель в 1954-1959 гг. 42.17 KB
  Кампания по освоению целинных и залежных земель в 1954-1959 гг. Одним из самых сложных мероприятий Н. С. Хрущева в области сельского хозяйства стала политика освоения целинных и залежных земель. Это была грандиозная программа, которая вплоть до нача...