50215

Визначення радіуса кривизни лінзи допомогою кілець Ньютона

Лабораторная работа

Физика

1 вміти описати утворення інтерференційних смуг однакової товщини та кілець Ньютона 2.5 Прилади і матеріали Мікроскоп плоскоопукла лінза великого радіуса кривизни плоскопаралельна пластинка освітлювач з блоком живлення світлофільтри Теоретичні відомості та опис установки Оптична схема для спостереження кілець Ньютона у відбитому світлі в даній лабораторній роботі наведена на рис. Якщо визначити експериментально радіуси темних – го і – го кілець Ньютона то із співвідношень 2.

Украинкский

2014-01-18

235 KB

19 чел.


Лабораторна робота № 27

Визначення радіуса кривизни лінзи допомогою кілець Ньютона

Мета роботи

Експериментально визначити радіус кривизни плоскоопуклої лінзи, використовуючи інтерференційну картину у вигляді кілець Ньютона

Для виконання лабораторної роботи студенту попередньо необхідно: знати фізичну суть явища інтерференції світла (§2.1.1), вміти описати утворення інтерференційних смуг однакової товщини та кілець Ньютона (§2.1.4; §2.1.5)

Прилади і матеріали

Мікроскоп, плоскоопукла лінза великого радіуса кривизни, плоскопаралельна пластинка, освітлювач з блоком живлення, світлофільтри

Теоретичні відомості та опис установки

Оптична схема для спостереження кілець Ньютона у відбитому світлі в даній лабораторній роботі наведена на рис. 1.

На предметному столику мікроскопа знаходиться плоскопаралельна прозора скляна пластинка, а поверх неї – плоскоопукла лінза L. Монохроматичний пучок світла від освітлювача S направляють на скляну світлоподільну пластинку С, яка розміщена під кутом 45° до напрямку поширення світла. Після відбивання в точці А опуклої поверхні лінзи і дотичної до неї поверхні пластини в точці В світло поширюється у зворотному напрямку паралельним пучком та потрапляє в об’єктив мікроскопа L1. Відбиті хвилі є когерентними. Всі точки, що знаходяться на однаковій відстані  від оптичного центра лінзи перебувають в однакових умовах для спостереження інтерференційної картини. Тому в окулярі мікроскопа будуть спостерігатися світлі і темні концентричні кільця – кільця Ньютона.

Якщо визначити експериментально радіуси темних  – го і  – го кілець Ньютона, то із співвідношень (2.19) (див.§2.1.5)

 і  

можна отримати формулу для знаходження радіуса R кривизни сферичної поверхні плоскоопуклої лінзи:

                                                           ,                                                                           (1)

або

                                                     .                                                                 (2)

Загальний вигляд лабораторної установки наведено на рис. 2. Плоскоопукла лінза і плоскопаралельна пластинка попередньо розміщені і закріплені на предметному столику мікроскопа.

                             Рис.2

1 – плоскоопукла лінза; 2 – освітлювач; 3 –вмикач–вимикач освітлювача; 4 – блок живлення освітлювача; 5 – поворотний гвинт тубуса мікроскопа; 6 –мікрометричний гвинт окуляра мікроскопа.

Послідовність виконання роботи

  1.  Увімкнути освітлювач в мережу 220 В. УВАГА! Час роботи освітлювача не більш як 35 хв.
  2.  Незначним переміщенням тубуса мікроскопа поворотним гвинтом 5 (рис. 2) домогтися чіткого зображення кілець Ньютона в полі зору окуляра мікроскопа.
  3.  Переконатись, що при обертанні мікрометричного гвинта 6 окуляра мікроскопа в полі зору окуляра рухається перехрестя – біштрих.
  4.  Визначити положення кілець ліворуч. Для цього, обертанням мікрометричного гвинта 6 встановити біштрих посередині темного кільця досить віддаленого ліворуч від центра кілець, наприклад, восьмого, і записати в таблицю 1 відлік згідно з нерухомою шкалою окуляра (ціна поділки – 1 мм) і шкалою мікрометричного гвинта (ціна поділки 0,01 мм). Після цього навести біштрих на 7, 6 і т.д. темні кільця і записати відліки для цих кілець в таблицю 1.
  5.  Визначити положення кілець праворуч. Для цього поворотом мікрометричного гвинта 6 встановлювати біштрих посередині темних кілець праворуч від центра і зробити відліки для кілець аналогічно до п.п. 4. Значення відліків записати в таблицю 1.
  6.  Різниця відліків для відповідних кілець дає їх діаметр . Знаючи діаметри кілець обчислити їх радіуси .

 

Таблиця 1

Номер кільця

Відлік зліва

k, мм

Відлік справа

l, мм

Діаметр кільця

d= l-k, мм

Радіус кільця

r=d/2, мм

8

7

6

5

4

3

2

1

  1.   Комбінуючи попарно радіуси кілець, наприклад: 8 і 5, 7 і 4, 6 і 3, обчислити радіус  кривизни лінзи з врахуванням збільшення мікроскопа (3,7) за робочою формулою:

                                                              .                                                            (3)

Для червоного світла в (3) підставляти довжину хвилі .

Результати обчислень записати в таблицю 2.

  1.  Замінити світлофільтр на освітлювачі і повторити вимірювання та обчислення згідно п.п. 4–7 для оранжевого світлофільтра ().

Таблиця 2

№ з/п

m

rm , мм

n

rn , мм

R, м

ΔR, м

δR,%

1

8

5

2

7

4

3

6

3

сер.

хххх

хххх

хххх

хххх

9. Визначити абсолютну і відносну похибки знаходження радіуса  кривизни лінзи.

Контрольні запитання

  1.  У чому полягає явище інтерференції світла?
  2.  Які хвилі називаються когерентними?
  3.  Пояснити, які промені інтерферують при утворенні кілець Ньютона?
  4.  Чому інтерференційна картина в даній лабораторній роботі має форму кілець?
  5.  Вивести формули, які визначають радіуси світлих і темних кілець Ньютона у відбитому і прохідному світлі.
  6.  Як зміниться вигляд кілець Ньютона, якщо простір між лінзою і пластинкою заповнити прозорою для світла речовиною з показником заломлення більшим від показника заломлення повітря?
  7.  Пояснити, чому для спостереження кілець Ньютона лінза повинна мати великий радіус кривизни поверхні?


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

74774. Затухающие колебания и их характеристики. Декремент затухания 35 KB
  Простейшим механизмом уменьшения энергии колебаний является ее превращение в теплоту вследствие трения в механических колебательных системах а также омических потерь и излучения электромагнитной энергии в электрических колебательных системах.
74775. Вынужденные колебания. Уравнение, характеристики. Резонанс. Примеры 58.96 KB
  Колебания, совершающиеся под воздействием внешней периодической силы, Внешняя сила совершает положительную работу и обеспечивает приток энергии к колебательной системе. Она не дает колебаниям затухать, несмотря на действие сил трения.
74776. Сложение одинаково направленных колебаний. Биение. Примеры 54.5 KB
  Колеблющееся тело может участвовать в нескольких колебательных процессах тогда необходимо найти результирующее колебание иными словами колебания необходимо сложить. Сложим гармонические колебания одного направления и одинаковой частоты воспользовавшись методом вращающегося...
74777. Сложение взаимно-перпендикулярных колебаний. Фигуры Лиссажу 70 KB
  Если частоты складываемых взаимно перпендикулярных колебаний различны, то замкнутая траектория результирующего колебания довольно сложна. Замкнутые траектории, прочерчиваемые точкой, совершающей одновременно два взаимно перпендикулярных колебания, называются фигурами Лиссажу.
74778. Скорость света. Опыт Майкельсона. Принцип относительности Эйнштейна. Скорость света 18.63 KB
  Скорость света относится к фундаментальным физическим постоянным которые характеризуют не просто отдельные тела а свойства мира в целом. По современным представлениям скорость света в вакууме предельная скорость движения частиц и распространения взаимодействий.
74779. Преобразования Лоренца. Релятивистское изменение длин и промежутков времени. “Парадокс близнецов” 44.5 KB
  Преобразованиями Лоренца в физике в частности в специальной теории относительности СТО называются преобразования которым подвергаются пространственно-временные координаты xyzt каждого события при переходе от одной инерциальной системы отсчета ИСО к другой.
74780. Релятивистский закон сложения скоростей. Изменение массы со скоростью. Связь массы и энергии 56 KB
  Произведя соответствующие преобразования получаем релятивистский закон сложения скоростей специальной теории относительности: Закон взаимосвязи массы и энергии Найдем кинетическую энергию релятивистской частицы.
74781. Термодинамический и статистический подход к изучению поведения систем. Термодинамические параметры. Статистическое и термодинамическое определение абсолютной температуры 30.5 KB
  Законы поведения огромного числа молекул, являясь статистическими закономерностями, изучаются с помощью статистического метода. Этот метод основан на том, что свойства макроскопической системы в конечном счете определяются свойствами частиц системы...
74782. Понятие идеального газа. Давление. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов 85 KB
  Для вывода основного уравнения молекулярно-кинетической теории рассмотрим одноатомный идеальный газ. Предположим, что молекулы газа движутся хаотически, число взаимных столкновений между молекулами газа пренебрежимо мало по сравнению с числом ударов о стенки сосуда...