42341

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАДИУСА КРИВИЗНЫ ЛИНЗЫ С ПОМОЩЬЮ КОЛЕЦ НЬЮТОНА

Лабораторная работа

Физика

При этом образуются интерференционные полосы имеющие форму концентрических светлых и темных колец. Условие минимума: Условие максимума: Условие возникновения темных колец выражено уравнением 2d = λk. Тогда условие образования темных колец примет вид Подставляя значение d в уравнение для получаем .

Русский

2013-10-29

218.5 KB

26 чел.

Лабораторная работа 7.2.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАДИУСА КРИВИЗНЫ ЛИНЗЫ
С ПОМОЩЬЮ КОЛЕЦ НЬЮТОНА

Библиографический список

1.Трофимова Т. И. Курс физики. М.: Высшая школа, 1985.

2.Годжаев М. Н. Оптика. М.: Высшая школа, 1977.

3.Сивухин Д. В. Общий курс физики. Оптика. М.: Наука, 1980.

Цель работы: ознакомление с интерференционным явлением – кольцами Ньютона, представляющими собой так называемые полосы равной толщины.

Приборы и принадлежности: осветитель, плоскопараллельная пластинка и плосковыпуклая линза, закрепленные в оправе, светофильтр, проекционная линза, экран.

Описание метода и экспериментальной установки

Выпуклая поверхность линзы L (рис. 1) с большим радиусом кривизны R соприкасается в  точке О с плоской поверхностью хорошо отполированной пластинки Е так, что остающаяся между ними воздушная прослойка постепенно утолщается от точки соприкосновения к краям. 

При нормальном падении на такую систему   монохроматического света, световые волны, отраженные от нижней поверхности линзы и верхней поверхности пластинки, будут интерферировать между собой. При этом образуются интерференционные полосы, имеющие форму концентрических светлых и темных колец.

При отражении световой волны от пластинки,  оптическая  плотность которой больше чем у воздуха,  фаза волны изменяется  на π, что эквивалентно уменьшению или увеличению оптической разности хода интерферирующих лучей на . В месте соприкосновения линзы с пластинкой  остается тонкая воздушная прослойка, толщина которой значительно меньше длины волны. Поэтому разность хода между лучами, возникающая в этой точке, определяется лишь потерей полуволны при отражении от пластинки, то есть . Следовательно, в центре интерференционной картины при наблюдении в отраженном свете будет темное пятно.

Так как между линзой L и пластинкой Е находится воздух
(
n = 1) и пучок света падает практически нормально к  нижней поверхности линзы (кривизна линзы мала) и к верхней поверхности пластинки, то оптическая разность хода между лучами, отраженными в точках А и В, будет

.

Условие минимума:

Условие максимума:

Условие возникновения темных колец выражено уравнением

2d = λk.

Величина d может быть выражена через радиус кривизны линзы и радиус темного интерференционного кольца . Действительно, из рис. 1 видим, что . Если значение d мало по сравнению с R, то  и, следовательно, .

Однако эта формула не может быть применена для опытной проверки. Действительно, поскольку на поверхности даже очищенного стекла всегда присутствуют пылинки, то стеклянная линза не примыкает плотно к плоскопараллельной пластинке, а между ними имеется незначительный зазор величиной а. Из–за этого возникает дополнительная разность хода величиной 2а. Тогда условие образования темных колец примет вид

Подставляя значение d в уравнение для , получаем

.

Величина а не может быть измерена непосредственно, но ее можно исключить следующим образом. Для кольца m

и следовательно,

Откуда

или окончательно

 (1)

Зная длину волны и радиусы  и  темных интерференционных колец, можно определить радиус кривизны линзы R.

Установка, используемая в данном случае для измерения радиусов колец, изображена на рис. 2.

Здесь О – осветитель, S – система для получения колец Ньютона, L – линза для получения увеличенного изображения колец на экране, Ф – светофильтр, М – экран с миллиметровой бумагой для измерения радиусов колец, полученных на экране.

Так как с помощью данной установки измеряются не радиусы самих колец, а радиусы их изображений на экране, необходимо учесть увеличение, даваемое линзой. Из геометрической оптики известно, что коэффициент увеличения

   ,    (2)

где  - радиус кольца Ньютона в проекции на экране (увеличенный),  - радиус кольца Ньютона, f - расстояние от полученного изображения до линзы (в данном случае – расстояние от экрана до линзы), d – расстояние от предмета до линзы (в данном случае – расстояние от системы, с помощью которой получаются кольца Ньютона, до линзы.

Учитывая полученные соотношения (2), формулу (1) можно окончательно записать в следующем виде:

  (3)

После определения среднего значения R необходимо найти доверительный интервал (величину ошибки в определении R), пользуясь известной формулой определения ошибки для косвенных измерений.

Принимая в расчетной формуле , m и k за постоянные величины, получаем для ошибки ΔR:

          или

,

где  и  - ошибки в определении  и  соответственно.

Для нахождения ошибок  и  следует:

  1.  Определить погрешности отдельных измерений:

    и    

  1.  Вычислить квадраты погрешностей отдельных измерений ()2 и ()2.
  2.  Определить среднеквадратичную погрешность результата серии измерений

  1.  Для выбранной надежности  найти t(α, n) и вычислить

и

  1.  Рассчитать погрешность измерения радиуса кривизны линзы – ΔR (при той же надежности α).

Записать окончательный результат

     при      

  1.  Оценить относительную погрешность

.

Порядок выполнения работы

  1.  Включить осветитель.
  2.  Перемещением линзы добиться отчетливого изображения колец на экране.
  3.  Измерить расстояния f и d.
  4.  Зарисовать на миллиметровке 4 – 5 темных колец Ньютона для данной длины волны .
  5.  Измерить диаметр каждого кольца 3 раза.
  6.  Результаты измерений занести в таблицу 1.
  7.  По итогам вычислений данных таблицы 1 заполнить
    таблицу 2.
  8.  Группируя попарно радиусы колец Ньютона, рассчитать три раза радиус линзы R.
  9.  Определить относительную и абсолютную ошибки.


Таблица 1

кольца

, мм

, мм

, мм

, мм

, мм

1

2

3

4

5

Таблица 2

№№ выбранных  колец

Радиусы колец

Длина волны

, м

, м

м

м

k

m

, м

, м


Контрольные вопросы

  1.  Что такое интерференция?
  2.  При каком условии можно наблюдать интерференционную картину?
  3.  Что такое «полосы равной толщины» и «полосы равного наклона»? К какому случаю можно отнести полученную в данной лабораторной работе интерференционную картину?
  4.  Вывести формулу для радиусов темных и светлых колец.
  5.  Как изменятся радиусы светлых колец, если между линзой и плоскопараллельной пластинкой налить воду (n = 1,3). Считать, что показатель преломления линзы и пластинки больше, чем показатель преломления воды.
  6.  Можно ли получить кольца Ньютона, если вместо плоскопараллельной пластины использовать плосковыпуклую линзу? Чему в этом случае будут равны радиусы светлых колец, если линзы сделаны из одного и того же материала, их радиусы кривизны одинаковы и линзы находятся в воздухе?

PAGE  15


d

L

d

EMBED Equation.3  

Рис. 1

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

Е

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

О

S

Ф

L

М

d

f

Рис. 2


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

26713. Геополитическое положение России в структуре современного мира 15.8 KB
  Роль и место России в современном мире во многом определяется ее геополитическим положением т. Геополитическое положение России специалисты рассматривают с учетом географических политических военных экономических и других факторов. После распада СССР в России осталось 17 из 22 млн кв.
26714. Украина 28.85 KB
  Приходится признавать что Россия сделала ставку на победу Виктора Януковича и проиграла проиграла в силу множества факторов – это и политическая пассивность восточной части населения Украины и успешные действия европейских государств и США в оказании поддержки Виктору Ющенко и неумелые попытки России и украинского правительства стабилизировать ситуацию и т. Итак это следующие факторы: В Украине в отличие от России в 1993 году не было расстрела парламента что с самого начала задало совершенно иные условия формирования партийной...
26715. «Левый уклон» 15.02 KB
  Почти наверняка отказ от поддержки Абхазии Осетий и Приднестровья сложный вопрос так ли уж это убыточно но суть в том что сфера интересов России будет ужата. Возможно – размещение баз НАТО в России или даже вступление в блок если пустят. Потому что есть большие подозрения что ЕЭП ляжет тяжким бременем на экономику России а братская семья народов заставит еще более стремительно почернеть русские регионы. Благородный срединный путь Юмор ситуации в том что третьим пунктом нашей схемы должен был бы идти центризм но в роли...
26716. Мировой финансово – экономический кризис 27.56 KB
  Утверждение этой модели в качестве основной для мировой экономики сменило или серьезно поколебало философский смысл человеческого бытия. Кризис отвлек на некоторое время внимание мировой общественности от драматических событий на планете. Но уже в 20х числах сентября 2009 года из штаб квартиры ООН зазвучали предупреждения о природном апокалипсисе: убытки мировой экономики изза стихийных бедствий в 2008 году составили более 200 млрд.
26717. Геополитика 12.04 KB
  Геоэкономика в отличие от традиционной геополитики делает акцент на экономической мощи государства. Предмет изучения Основной объект изучения геополитики геополитическая структура мира представленная множеством территориальных моделей. Исследование механизмов и форм контроля над территорией одна из основных задач геополитики. Историческим ядром геополитики выступает география ставящая во главу угла исследование прямых и обратных связей между свойствами территории и балансом соперничеством или сотрудничеством мировых силовых полей.
26718. Основные направления и разделы геополитики 13.61 KB
  Геополитика будучи преимущественно политикой наоборот концентрирует свое внимание на политических явлениях и стремится дать географическую интерпретацию и анализ географических аспектов этих явлений. В рамках самой геополитики различают два достаточно четко обозначенных направления: геополитика предписывающая или доктринальнонормативная к ней можно причислить не боясь ошибиться всю немецкую школу связанную с именем Хаусхофера; геополитика оценочноконцептуальная типичные представители Маккиндер Спикмен Коэн. Геополитика...
26719. Сфера глобальных взаимоотношений между государствами 11.55 KB
  Сфера глобальных взаимоотношений между государствами является предметом анализа комплекса исторических наук истории внешней политики национальных государств взаимоотношений между отдельными государствами и группами государств дипломатической истории истории международных отношений имеющих устойчивую традицию. Третье понятие сфера международных отношений например экономические дипломатические политические военные идеологические позволяет определять предмет и направление исследования привлекать или отбрасывать те или иные...
26720. Русская геополитика 15.24 KB
  €œПериферийная модель€ помещает географическую ось истории в периферийную зону соприкосновения морских и континентальных держав концепция Rimland'а Н. €œЗональная модель€ помещает ключевой геополитический регион за который обречены бороться центры мировой силы в зоне умеренных и субтропических поясов Северного полушария. В реальности такая модель практически полностью повторяет предыдущую поскольку евразийская можно даже сказать – российская периферия по большей части совпадает с €œзоной конфликтов€. €œМондиалистская модель€...
26721. Основные категории современной геополитики 13.08 KB
  Одним из ключевых понятий геополитики является пространственнотерриториальный фактор. Геополитические процессы представляют собой исторические процессы формирования развития взаимодействия и распада субъектов геополитики. Одной из важнейших категорий геополитики является понятие субъекты геополитики.