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

44 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

13001. Комбинированный программно-аппаратный метод представления эволюций сложных пространственных перемещений символов объектов 237 KB
  Лекция №8 Комбинированный программноаппаратный метод представления эволюций сложных пространственных перемещений символов объектов Ужесточение требований отображения множества разнотипных движущихся сложных символов объектов часто представленных матрицами 32
13002. Програмування. Основні етапи розробки прикладних програм 42.5 KB
  ЛЕКЦІЯ 9 1.1: Програмування. Основні етапи розробки прикладних програм. Під програмуванням розуміють представлення в деякій символічній формі певного алгоритму. В якості символічної форми може використовуватися будьяка мова спілкування спеціально створена штучна...
13003. Системний аналіз В.М. Глушкова як базовий принцип побудови спеціалізованих агротехічних геоінформаційних комплексів. Поняття системного аналізу. Етапи системного аналізу 300.5 KB
  Лекція 1.2. Системний аналіз В.М. Глушкова як базовий принцип побудови спеціалізованих агротехічних геоінформаційних комплексів. Поняття системного аналізу. Етапи системного аналізу. План 1. Поняття системного аналізу. 2. Етапи системного аналізу. 1. Понятие сис
13004. Про необхідність і можливість застосування математичних методів та моделей в біотехнології. Загальні поняття про моделі й моделювання 57 KB
  Лекция №1.1. Про необхідність і можливість застосування математичних методів та моделей в біотехнології. Загальні поняття про моделі й моделювання. План 1.Мета і задачі навчальної дисципліни. Зміст дисципліни. Рекомендована література. 2.Оптимізаційний характер зем...
13005. Транспортна модель та її застосування в землевпорядкуванні 584 KB
  Лекция №1.4. Транспортна модель та її застосування в землевпорядкуванні. План 1.Постановка задач лінійного програмування транспортного типу. Види землевпорядних задач що зводяться до задачі лінійного програмування транспортного типу. 2.Методи розв’язання задач...
13006. Принципи побудови та особливості структур баз даних в геоінформаційних системах реального часу 112 KB
  Лекция №2.1. Принципи побудови та особливості структур баз даних в геоінформаційних системах реального часу. План 2.1.1. Принципи побудови та особливості структур баз картографічних даних в ГІС ОУ 2.1.2. Специфіка організації процесу зберігання графічної інформації. ...
13007. Основные типы моделей баз даних в геоінформаційних системах реального часу 148 KB
  Лекция №2.2. Основные типы моделей баз даних в геоінформаційних системах реального часу. План 2.2.1.Тематична модель картографічних даних. .Графічна модель картографічних даних. Просторова модель картографічних даних. 2.2.4. Інфологіч
13008. Методи організації баз картографічних даних в геоінформаційних системах реального часу 61.5 KB
  Лекция №2.3. Методи організації баз картографічних даних в геоінформаційних системах реального часу. План Логічна й фізична організація баз графічних даних. Структура баз картографічних даних на основі квадротомічних дерев. 1. Логическая и физиче...
13009. Структури баз картографічних даних в геоінформаційних системах реального часу 154.5 KB
  Лекция №2.4. Структури баз картографічних даних в геоінформаційних системах реального часу. План 1.Cтруктури файлів баз картографічних даних реального часу побудованих на основі: послідовної організації даних методу хешування ідентифікатора індекснопослідовно...