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

22354. Примеры особых точек 2.06 MB
  Функции имеют в начале координат устранимую особую точку. Функции имеют начале координат существенную особую точку. Проверим справедливость теоремы Сохоцкого для функции . Целые функции.
22355. Бесконечно удаленная точка 682.5 KB
  Пусть функция аналитична в некоторой окрестности бесконечно удаленной точки кроме самой точки . В этом случае функция очевидно ограничена и в некоторой окрестности точки . Пусть функция аналитична в полной поскости. Но тогда функция ограничена во всей плоскости: для всех имеем .
22356. Приложение теории вычетов 797 KB
  Напомним что мероморфной называется функция fz все конечные особые точки которой являются полюсами. в любой ограниченной области такая функция может иметь лишь конечное число полюсов то все ее полюсы можно пронумеровать например в порядке не убывания модулей: Будем обозначать главную часть fz в точке т. Если мероморфная функция fz имеет лишь конечное число полюсов и кроме того является либо правильной регулярной ее точкой либо полюсом то эта функция представляется в виде суммы своих главных частей 3 и...
22357. Обращение степенных рядов 217.5 KB
  Выберем число столь малым чтобы в круге функция обращалась в нуль только в точке . Каждое значение из круга функция принимает в круге только один раз. В самом деле на окружности выполняется неравенство и по теореме Руше функция имеет в круге столько же нулей сколько и функция т. Итак пусть тот круг в котором функция принимает каждое значение ровно один раз а область плоскости ограниченная кривой кривая является простой кривой т.
22358. Аналитическое продолжение 680.5 KB
  Представляет большой интерес вопрос нельзя ли расширить область определения этой функции сохранив регулярность. Функцию регулярную в области содержащей и совпадающую с регулярной в области называют аналитическим продолжением функции на область . Если аналитическое продолжение регулярной функции в данную более широкую область определения возможно то оно возможно лишь единственным образом. В самом деле пусть существуют два аналитических продолжения и функции регулярной в области в одну и туже область .
22359. Римановы поверхности 55 KB
  Пусть дана многозначная аналитическая функция fz определенная в области D комплексной плоскости. Условимся рассматривать области Dk из которых в процессе аналитического продолжения строится область D как отдельные листы изготовленные в таком количестве экземпляров сколько значений имеет функция в данной области D. Пусть области D0 и D1 имеют общие части причем в одних из этих частей значения f0z и f1z совпадают а в других различны. Поверхность образованную из отдельных областей определения ветвей многозначной аналитической...
22360. Конформные отображения. Понятие конформного отображения 1.86 MB
  Предположим что задано непрерывное и взаимно однозначное отображение области D на некоторую область . Геометрически эта замена равносильна замене отображения отображением 3 которое называется главной линейной частью отображения 1. Отображение 3 можно переписать в виде 4 где: 5 не зависят от x и y. Отображение 4 представляет собой так называемое линейное аффинное преобразование плоскости .
22361. Преобразование Лапласа и ее доказательство 382 KB
  Это утверждение вытекает непосредственно из неравенства. Отсда следует, что, если, оставаясь внутри любого угла , где сколь угодно мало, причем эта сходимость равномерна относительно. Если, в частности, аналитическая...
22362. Свойства преобразования Лапласа 1.75 MB
  2 Изображения аналитичны не только в области но и всюду кроме . В дальнейшем будем обозначать через оригиналы их изображения: 3 Непосредственно из свойств интегралов получаем: I. линейное пространство функцииоригинала с показателем роста изоморфно пространству изображения. Переходя к изображениям и интегрируя по частям получим .