 |
Указания по технике безопасности
|
|
|
|
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«РОСТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Утверждено
на заседании кафедры физики
23 сентября 2011 г.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к лабораторной работе № 66
«ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАДИУСА КРИВИЗНЫ ЛИНЗЫ ПРИ ПОМОЩИ КОЛЕЦ НЬЮТОНА»
(для бакалавриата всех профилей)
Ростов-на-Дону
УДК 531.383
Методические указания к лабораторной работе № 66 «Определение радиуса кривизны линзы при помощи колец Ньютона». – Ростов н/Д: Рост. гос. строит. ун-т, 2012. – 11 с.
Методические указания содержат краткую теорию метода, порядок выполнения лабораторной работы, требования техники безопасности, требования к оформлению результатов, а также перечень контрольных вопросов и тестов.
Предназначены для выполнения лабораторной работы по программе курса физики для студентов бакалавриата очной и заочной форм обучения всех профилей по направлениям:
270800 «Строительство»
270200 «Реконструкция и реставрация архитектурного наследия»
280700 «Техносферная безопасность»
190700 «Технология транспортных процессов»
190600 «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов»
230400 «Информационные системы и технологии»
230700 «Прикладная информатика»
120700 «Землеустройство и кадастр»
261400 «Технология художественной обработки материалов»
221700 «Стандартизация и метрология»
100800 «Товароведение»
УДК 531.383
Составители доц. Ю.И. Гольцов
ассист. М.А. Брылёва
Рецензент проф. А.Н. Павлов
Редактор Н.Е. Гладких
|
|
|
Темплан 2012г., поз. 69
Подписано в печать 9.12.11 Формат 60х84 1/16. Бумага писчая. Ризограф. Уч.-изд.л 0,5. Тираж 100 экз. Заказ
Редакционно-издательский центр
Ростовского государственного строительного университета.
334022, Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162
© Ростовский государственный
строительный университет, 2012
Лабораторная работа № 66
«Определение радиуса кривизны линзы при помощи колец Ньютона»
Приборы и принадлежности: система «линза – плоскопараллельная пластинка» для получения колец Ньютона, проекционный фонарь с конденсором, кассета со светофильтром, объектив, экран, оптическая скамья, измерительная линейка.
Цель работы: ознакомление с явлением интерференции света и одним из методов его практического использования.
Краткая теория
Если плосковыпуклую линзу большого радиуса кривизны прижать выпуклой стороной к плоскопараллельной стеклянной пластинке, то между линзой и пластинкой образуется воздушный зазор в виде кольцевого клина. При освещении этого зазора монохроматическим светом можно наблюдать систему концентрических тёмных и светлых колец, обусловленных интерференцией света (кольца Ньютона).
Пусть на плоскую поверхность линзы падает пучок параллельных световых лучей. На рис. 1 изображен ход произвольного луча А, который частично отражается от верхней стороны воздушного зазора (от выпуклой поверхности линзы) и переходит в зазор. Затем свет отражается в точке D от поверхности пластинки и снова от линзы в точке К. Таким образом образуются два луча С' и С", идущих в одном направлении, ко-
Рис. 1 торые будут интерферировать между собой.
Из-за малой кривизны линзы оптическая разность хода лучей С' и С" может быть с достаточной точностью определена как
, (1)
где h –толщина зазора в месте падения луча А, λ0 – длина волны падающего света. (Дополнительная разность хода, равная λ0, образуется из-за того, что свет на своём пути дважды отражается от оптически более плотной среды (стекла) в точках D и K).
|
|
|
В результате наложения лучей С' и С" в точке В образуется либо интерференционный максимум, либо минимум. Геометрическим местом точек, расположенных на верхней поверхности воздушного клина, которым соответствует разность хода (1), будет окружность, что и определяет форму интерференционных полос в виде колец. Чтобы найти радиусы тёмных колец, запишем условие образования интерференционных минимумов:
(m =0, 1,2,…). (2)
Толщина зазора h, радиус m -го кольца rm и радиус кривизны линзы R связаны соотношением
. (3)
Подставляя (3) в (1) и учитывая (2), получим выражение для m -го тёмного кольца:
(m =1, 2, 3,…).
Определить радиус кривизны R линзы можно, если измерить радиусы rm и rn двух тёмных колец (m и n – номера колец, m < n). В этом случае
На практике удобнее измерять не радиусы, а диаметры тёмных колец, поэтому
,
где dm и dn – диаметры тёмных колец.
Порядок выполнения работы
1. Оптическая система установки показана на рис. 2. Изучите на ней расположение и назначение отдельных элементов.
Рис. 2
2. Включите проекционный фонарь и откорректируйте освещенность оптической системы «линза – пластинка». Для получения монохроматического света используйте светофильтр.
3. Перемещением объектива добейтесь чёткого изображения колец Ньютона на экране, предварительно поместив на него лист белой бумаги.
4. 
Отметьте на листе положение нескольких (не менее 5) тёмных колец. На рис. 3 в качестве примера указан диаметр 5-го тёмного кольца.
5.Снимите лист с экрана. По диаметрально противоположным точкам на каждом из колец измерьте несколько раз диаметры и найдите средний диаметр каждого кольца. Полученные значения d1, d2 ,…, d m ,…, d n занесите в таблицу (в соответствии с их номерами m и n).
Измерьте расстояние от середины объектива до системы «линза – пластинка» а
Рис. 3 и до экрана b (рис.2).
| № опыта | n | m | dn, м | dm, м | R, м | < R >, м |
6. Уточните у преподавателя длину волны света λ0, пропускаемого светофильтром, и рассчитайте для каждой пары диаметров d m и d n, указанных в таблице, радиус кривизны линзы по формуле:
|
|
|
7. Определите среднее значение радиуса кривизны линзы по формуле:
(м),
где N – число опытов.
8. Определите абсолютную и относительную погрешности измерения радиуса кривизны линзы:
(м); 
9. Запишите результат в виде
, м; δ R = …%.
Контрольные вопросы
1. Дайте определение явления интерференции.
2. Дайте определение оптической длины пути и оптической разности хода.
3. Выведите формулу для определения оптической разности хода лучей, интерферирующих на тонкой плёнке.
4. Рассмотрите разные случаи интерференции на тонкой плёнке: полосы равной толщины и полосы равного наклона.
5. Объясните, почему в отраженном свете в центре колец Ньютона наблюдается тёмное пятно, а в проходящем – светлое.
6. Для тестов, приведенных далее, выберите правильный вариант ответа:
Задание № 1
Какие волны называются когерентными?
ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ:
1) волны одинаковой частоты и амплитуды;
2) волны с постоянной во времени разностью фаз;
3) волны одинаковой частоты и постоянной во времени разностью фаз;
4) с постоянной во времени разностью фаз и одинаковой амплитудой.
Задание № 2
Интерференция света – это…
ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ:
1) взаимодействие двух или нескольких световых волн;
2) усиление или ослабление света при наложении двух или нескольких свето-
вых волн;
3) усиление или ослабление света при наложении волн одинаковой частоты;
4) пространственное перераспределение световой энергии при наложении когерентных волн.
Задание № 3
При интерференции световых волн интенсивность результирующей световой волны может быть значительно меньше интенсивности каждой волны в отдельности. Это связано с тем, что энергия волн…
ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ:
1) поглощается средой;
2) превращается в другие виды энергии;
3) перераспределяется в пространстве;
4) рассеивается.
Задание № 4
Разность фаз двух интерферирующих световых волн при разности хода между ними 3/4 длины волны равна…
|
|
|
ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ:
1) 3 π/2; 2) 2 π/3; 3) 3 π/4; 4) среди ответов нет правильного.
Задание № 5
Две когерентные световые волны (λ0 = 600 нм) с одинаковой амплитудой интерферируют. Минимальная оптическая разность хода, при которой эти волны полностью ослабляют друг друга, равна…
ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ:
1)150 нм; 2) 300 нм; 3) 600 нм; 4) среди ответов нет правильного;
Задание № 6
Два когерентных источника света с длиной волны λ0, расположенные в вакууме, создают в некоторой точке экрана максимум освещенности. Как должны быть связаны расстояния L1 и L2 от источников до точки наблюдения?
ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ:
1) L1 - L2 = λ/2; 2) L1 - L2 = λ; 3) L1 + L2 = λ/2; 4) среди ответов нет правильного.
Задание № 7
Тонкая плёнка с показателем преломления 1,5 освещается светом с длиной волны λ0 = 600 нм. При какой минимальной толщине плёнки интенсивность отражённого от неё света резко уменьшится?
ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ:
1)100 нм; 2) 200 нм; 3) 600 нм; 4) среди ответов нет правильного.
Задание № 8
Уменьшить отражение света с длиной волны λ0 от стеклянной поверхности можно,…
ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ:
1)покрыв её прозрачной плёнкой с оптической толщиной λ0/4;
2) покрыв её прозрачной плёнкой с оптической толщиной λ0/2;
3) покрыв её прозрачной плёнкой с б о льшим чем у стекла показателем преломления и оптической толщиной λ0/4;
4) покрыв её прозрачной плёнкой с меньшим чем у стекла показателем преломления и оптической толщиной λ0/4.
Задание № 9
В центре колец Ньютона в отраженном свете всегда наблюдается темное пятно из-за отсутствия отражения света в этом месте, …
ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ:
1) так как толщина воздушного зазора меньше длины волны света;
2) так как толщина воздушного зазора меньше половины длины волны света;
3) так как толщина воздушного зазора меньше длины волны света, и при отражении волны от поверхности пластинки фаза волны изменяется на π;
4) так как толщина воздушного зазора меньше половины длины волны света, и при отражении волны от поверхности пластинки фаза волны изменяется
на π.
Задание № 10
Если S 1 и S 2 – источники когерентных волн, а L 1 и L 2 (см. рисунок) –
расстояния от точки А до источников, то в точке А наблюдается минимум интерференции в воздухе при условии…
ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ:
1) 
;
2) 
;
3) 
;
4) 
.
Задание № 11
На установку для получения колец Ньютона падает нормально монохроматический свет с длиной волны λ0 = 500 нм. Какова толщина воздушного зазора в том месте, где наблюдается пятое тёмное кольцо в отраженном свете?
ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ:
|
|
|
1) 1,25 мкм; 2) 2,25 мкм; 3) 2,5 мкм; 4) среди ответов нет правильного.
Задание № 12
Для точки А оптическая разность хода лучей от двух когерентных источников S 1 и S 2 равна 1,2мкм (см. рисунок). Если длина волны в вакууме 600нм, то в точке А будет наблюдаться...
ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ:
1) максимум интерференции, так как разность хода равна четному числу полуволн;
2) минимум интерференции, так как разность хода равна четному числу полуволн;
3) минимум интерференции, так как разность хода равна нечетному числу полуволн;
4) максимум интерференции, так как разность хода равна нечетному числу полуволн.
Задание № 13
Hа стеклянной линзе нанесена тонкая пленка, дающая минимум в отраженном свете (просветление оптики). Какие параметры влияют на «эффект просветления»?
А. Толщина пленки.
В. Показатель преломления пленки.
С. Длина волны падающего света.
ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ:
1) только А; 2) А и В; 3) только С; 4) А и С; 5) А, В, C.
Задание № 14
Тонкая пленка на поверхности линзы дает минимум в отраженном свете для зеленого цвета. Чтобы минимум достигался для фиолетового цвета, можно...
А. Увеличить толщину пленки при неизменном показателе преломления.
В. Уменьшить толщину пленки при неизменном показателе преломления.
С. Увеличить показатель преломления пленки при той же ее толщине.
D. Уменьшить показатель преломления пленки при той же ее толщине.
ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ:
1)только А; 2)только В; 3)только С; 4) A или C; 5) B или D.
Задание № 15
Свет падает на тонкую пленку с показателем преломления n, большим, чем показатель преломления окружающей среды. Чему равна разность хода лучей на выходе из тонкой пленки?
ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ
1) BM;
2) n(BC+CD)-BM;
3) BC+DC;
4) n(BC+CD).
Задание № 16
Тонкая стеклянная пластинка с показателем преломления n и толщиной d помещена между двумя средами с показателями преломления n1 и n2 (см. рисунок). На пластинку нормально падает свет с длиной волны l. Чему равна разность хода для интерферирующих лучей в отражённом свете? Выберите вариант правильного ответа для каждого из 4 случаев:
1) n1>n<n2;
2) n1>n>n2;
3) n1<n<n2;
4) n1<n><n2.
ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ: 1) 
; 2) 
; 3) 
; 4) 
Задание № 17
Тонкая стеклянная пластинка с показателем преломления n и толщиной d по-мещена между двумя средами с показателями преломления n1 и n2 (см. рисунок). На пластинку нормально падает свет с длиной волны l. Чему равна разность хода для интерферирующих лучей в проходящем свете? Выберите вариант правильного ответа для каждого из 4 случаев:
1) n1>n<n2;
2) n1>n>n2;
3) n1<n<n2;
4) n1<n><n2.
ВАРИАНТЫ ОТВЕТОВ: 1) ; 2) ; 3) ; 4)
Указания по технике безопасности
Внимание! Лица, не прошедшие инструктаж по технике безопасности, к проведению лабораторной работы не допускаются.
1. Запрещается:
1.1. Включать или выключать электрические рубильники силовых щитов;
1.2. Включать схему (подавать электрическое напряжение) без предварительной её проверки лаборантом или преподавателем;
1.3. Производить любые изменения в схеме в процессе работы;
1.4. Оставлять без присмотра включенную установку.
2. При работе с нагревательными приборами соблюдайте меры противопожарной безопасности, не касайтесь нагревательных элементов руками и горючими предметами.
3. При обнаружении неисправного оборудования, электрических розеток и вилок немедленно сообщайте об этом лаборанту или преподавателю. На неисправном оборудовании работать запрещается.
4. По окончании лабораторной работы обязательно отключите установку от электрического напряжения.
|
|
|
