 |
к лабораторной работе № И2
|
|
|
|
Лабораторная работа № И2
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ ВОЛНЫ
МОНОХРОМАТИЧЕСКОГО СВЕТА МЕТОДОМ КОЛЕЦ НЬЮТОНА
Цель работы: изучение интерференции на тонких пленках и определение по r 0 l 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 1 А И 2 В (1 А – отражение в точке А, 2 В – 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
, (1)
где m = 1, 2, ….., l – 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 ri 2 и rj 2. Расчетная формула для l 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 | d i, (в делениях шкалы) | di, мм | di 2, мм2 | l, 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 l1-2 =....., если 1 и 3-е – l1-3 =.....
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 № И2
1. Савельев, И. В. Курс общей физики / И. В. Савельев. – М.; 1978. –
Т. 2. – § 122.
2. Зисман, Г. А. Курс общей физики / Г. А. Зисман, О. М. Тодес. –
М.; 1972. – Т. 1. – § 11.
|
|
|
