7. Контрольные вопросы.

1. Устройство микроскопа и принцип его работы.

2. При каком условии наблюдается полное отражение?

3. В чем заключается физический смысл абсолютного показателя преломления среды? Что такое относительный показатель преломления?

4. Что называется дисперсией света?

5. Как рассматривается дисперсия света в электронной теории Лоренца?

6. Какое влияние оказывает дисперсия на работу рефрактометра? Каким образом этот эффект можно устранить?

7. Устройство рефрактометра и принцип его работы.

8. Задачи по теме.

1. На плоскопараллельную стеклянную пластину (n=1,5) толщиной 6 см падает под углом 35° луч света. Определить боковое смещение луча, прошедшего сквозь эту пластинку.

2. Луч света выходит из стекла в вакуум. Предельный угол i_пр.= 42°. Определить скорость света в стекле.

3. Человек с лодки рассматривает предмет, лежащий на дне водоема (n=1,33). Определить его глубину, если при определении «на глаз» по вертикальному направлению глубина водоема кажется равной 1,5 м.

4. На горизонтальном дне бассейна глубиной h=1,8 м лежит плоское зеркало. Луч света входит в воду под углом 40°. Определите расстояние от места вхождения луча в воду до места выхода его на поверхность воды после отражения от зеркала. Показатель преломления воды 1,34.

5. Луч света падает на границу раздела воздух ─ стекло (n=1,5), частично отражается и частично преломляется. Определите угол падения, при котором отраженный луч, перпендикулярен преломленному лучу.

Лабораторная работа № 3

_____________________________________________________________________________________________

Определение радиуса кривизны стеклянной линзы по кольцам Ньютона

1. Цель работы.

Ознакомление с одним из частных случаев интерференции ─ возникновением интерференционной картины в тонких пленках. Определение радиуса кривизны поверхности линзы.

2. Принадлежности: микроскоп с осветителем, плоско-выпуклая линза, плоскопараллельная пластина, линейка.

3. Необходимые предварительные знания.

Для успешного выполнения работы необходимо предварительно усвоить основные понятия волновой оптики: монохроматическая волна, когерентные колебания, длина когерентности, время когерентности, интерференция волн, интерференция в тонких пленках, полосы равной толщины, полосы равного наклона, кольца Ньютона.

4. Кольца Ньютона

К лассическим примером интерференционных полос равной толщины являются кольца Ньютона, получаемые по нижеописанной схеме. Плоско-выпуклую линзу с большим радиусом кривизны кладут выпуклой стороной на плоскую стеклянную пластину. Между пластиной и линзой остается слой воздуха, толщина которого увеличивается от центра к краям линзы. Направим на плоскую поверхность линзы параллельный пучок лучей перпендикулярно к этой поверхности и будем наблюдать интерференцию со стороны падающего света. Часть падающего света отражается от сферической поверхности линзы.

В силу того, что кривизна этой поверхности мала (радиус кривизны большой), отраженные волны распространяются в направлении, почти противоположном направлению падающих волн. Часть света распространяется до верхней поверхности стеклянной пластины и отражается от нее. Волны, отраженные от выпуклой поверхности линзы и верхней поверхности пластины, могут интерферировать. Возникающая интерференционная картина называется кольцами Ньютона. Так как толщина воздушного слоя одинакова вдоль окружности с центром в точке соприкосновения линзы и пластины, то при освещении монохроматическим светом получается система светлых и темных колец. При освещении белым светом кольца оказываются цветными.

В отраженном свете оптическая разность хода, с учетом потери полуволны при отражении от оптически более плотной среды и при условии, что показатель преломления воздуха n=1, будет равна , где d – толщина воздушного зазора. Из рис. 3.1 при рассмотрении прямоугольного треугольника АВО следует, что , где R – радиус кривизны линзы, r – радиус кривизны окружности, всем точкам которой соответствует одинаковый зазор d.

Поскольку d<<R, то имеет место равенство: . Тогда , откуда . Следовательно, .

Условие интерференционного максимума в отраженном свете: , где m=0,1,2,3…

Условие интерференционного минимума в отраженном свете: , где m=0,1,2,3…

Приравняв полученную оптическую разность хода к условиям интерференционного максимума и минимума, получим выражения для m-го светлого и темного колец соответственно:

– радиус светлого кольца в отраженном свете (3.1)

– радиус темного кольца в отраженном свете. (3.2)