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

9911. Драматургия Еврипида и конец античной героической трагедии 196.5 KB
  В. Н. Ярхо Драматургия Еврипида и конец античной героической трагедии   Трагичнейшим из поэтов назвал Еврипида Аристотель, и многовековая посмертная слава последнего из триады великих афинских трагиков, по-видимому, целиком...
9912. Миметическое начало поэтического искусства 139 KB
  Е. Алымова, к.ф.н., СПбГУ Миметическое начало поэтического искусства Представляется само собой разумеющимся, что аристотелевская Поэтика как первое сочинение по теории художественной словесности должна была неминуемо вставать на пути каждого, кто об...
9913. Авторство и авторитет 140 KB
  Аверинцев С. С. Авторство и авторитет Оба слова, вынесенные нами в заглавие, имеют схожий облик, и сходство их отнюдь не случайно. У них одно и то же - латинское - происхождение, единая этимологическая характеристика и если их словарные з...
9914. Криптографические методы защиты информации 70.5 KB
  Криптографические методы защиты информации Шифр системы классифицируются по различным признакам: по видам защищаемой информации (текст, речь, видеоинформация), по криптографической стойкости, по принципам обеспечения защиты информации (симметричные,...
9915. Понятие информационной безопасности. Основные составляю-щие. Важность проблемы 58.5 KB
  Понятие информационной безопасности. Основные составляющие. Важность проблемы Под информационной безопасностью (ИБ) следует понимать защиту интересов субъектов информационных отношений. Ниже описаны основные ее составляющие - конфиденциальность...
9916. Распространение объектно-ориентированного подхода на информационную безопасность 79 KB
  Распространение объектно-ориентированного подхода на информационную безопасность В этой лекции закладываются методические основы курса. Кратко формулируются необходимые понятия объектно-ориентированного подхода, в соответствии с ним выделяются уровн...
9917. Наиболее распространенные угрозы 92.5 KB
  Наиболее распространенные угрозы Знание возможных угроз, а также уязвимых мест защиты, которые эти угрозы обычно эксплуатируют, необходимо для того, чтобы выбирать наиболее экономичные средства обеспечения безопасности. Основные опреде...
9918. Законодательный уровень информационной безопасности 134.5 KB
  Законодательный уровень информационной безопасности Эта лекция посвящена российскому и зарубежному законодательству в области ИБ и проблемам, которые существуют в настоящее время в российском законодательстве. Что такое законодательный уровень инфор...
9919. Стандарты и спецификации в области информационной без-опасности 229.5 KB
  Стандарты и спецификации в области информационной безопасности Дается обзор международных и национальных стандартов и спецификаций в области ИБ - от Оранжевой книги до ISO 15408. Демонстрируются как сильные, так и слабые стороны этих документов. Оце...