ЛР 26

Рис. 4

Оптическая система, с помощью которой получается интерференционная картина, представляет собой массивную линзу с большим (30...60 см) радиусом кривизны и плоскопараллельную стеклянную пластину, которые укреплены в металлической обойме 3. Обойма может перемещаться вдоль стола компаратора. Она закрепляется в нужном положении посредством винтов 4.

Источником света служит лампа накаливания со светофильтром или светодиод

5, укрепленные на оправе объектива микроскопа.

В поле зрения окуляра одновременно наблюдаются кольца Ньютона и визирная линия, по которой производится отсчет положения колец. Вначале вращением оправы 6 окуляра добиваются четкого изображения визирной линии. Затем вращением пояска 7 объектива микроскопа производится фокусировка на резкость изображения колец.

Измерительное устройство состоит из микрометрического винта с барабаном, вращением которого обеспечивается перемещение микроскопа в горизонтальном направлении. Отсчет положения концов диаметров колец производится по миллиметровой шкале 9 и шкале барабана 8, позволяющей отсчитывать десятые и сотые доли миллиметра.

11

7. Порядок измерений

Прибор подготовлен к работе и не требует дополнительной юстировки.

После включения источника света в поле зрения видны кольца Ньютона.

Кольца имеют некоторую толщину (размыты). Для измерения диаметров колец визирную линию устанавливают на середине темных колец слева и справа от центра.

Сначала вращением рукоятки барабана перемещают микроскоп так, чтобы визирная линия располагалась на середине десятого темного кольца справа от центрального пятна. Сделав отсчет по шкалам линейки и барабана, перемещают визир на середины девятого, восьмого (и так далее) темных колец.

После прохождения через центральное темное пятно продолжают измерения, последовательно записывая возрастающие номера колец и соответствующие показания. Для устранения ошибок, возникающих из-за люфта микрометрического винта, визир должен подводиться к кольцам всегда с одной стороны.

Очевидно, разность отсчетов для одного и того же кольца, сделанных справа и слева от центрального пятна, дает величину его диаметра. Всего рекомендуется измерить диаметры десяти колец и представить результаты в виде таблицы.

Таблица 1

Результаты измерения диаметров колец Ньютона

Кольцо Положение середины кольца Диаметр кольца

D = Xп – Хл

1
2	Направление	Направление
.	отсчета	отсчета
.
10

12

Расчет длины волны

По результатам измерений, представленных в табл. 1, вычисляют среднее

значение	длины волны. Для этого формулу (5.8) преобразуют к виду
								A
								R	,	(7.1)
		n
	A	Ai		A	D2	D2	Dl		Dk Dl	Dk
где		l 1	,		l	k				(7.2)
					4 l k				4 l k
		n		i

Значения Dl , Dk и A заносят в табл. 2.

Таблица 2

l - k	Dl ,	Dk ,	Dl Dk ,	Dl Dk ,	A,	Ai A ,	A A 2		,
				мм	мм2		i
	мм	мм	мм			мм2	м	4
6 – 1
7 – 2
…
10 – 5

		n
A	мм2	Ai A 2	мм4
		i 1

При составлении табл. 2 значения (l – k) следует брать не менее четырех. При этом необходимо использовать диаметры всех десяти колец. Из данных табл. 2

определяется средняя длина волны света (4.11) и доверительная граница A

случайной погрешности A по формулам:

A tp,nS A ,								(7.3)
			n	Ai	A 2
S A			i 1			,		(7.4)
				n n 1
	13

где n – число комбинаций колец, внесенных в табл. 2; tp,n – коэффициент Стьюдента для данного n и доверительной вероятности P. Расчет всех

параметров A,S A , может быть проведен на ЭВМ по заранее разработанной программе.

Систематической погрешностью в определении A пренебрегаем

вследствие ее малости, следовательно,
			A A .								(7.5)
Доверительная	граница	абсолютной							погрешности		результата
											0
измерения длины волны λ определяется по формуле
						λ		,			(7.6)
				A	2			R	2
где									.		(7.7)
			А			R

Величина R задается в таблице, прилагаемой к установке. Окончательный результат записывается в виде

,

P 095, .

(7.8)

8. Графический метод обработки данных для определения длины

волны

Формулу (5.8) для определения длины волны можно переписать в виде

D12 D k2			4 R l k .	(8.1)
Если ввести обозначения: y D2 D2		,	x l k , то эта формула примет вид
1	k
y ax.				(8.2)

Графиком, соответствующим формуле (8.2), является прямая. Для построения этого графика значения l k , D1, Dk заносятся в табл. 3, причем для расчета всех значений х номер k берется равным 1, а l – принимает значения последовательно от 2 до 10.

14

Таблица 3

x l k

Dl,мм

Dk ,мм

Dl Dk ,мм

Dl Dk ,мм

y D2

D2

,мм2

l

k

1=2-1

2=3-1

…

9=10-1

Угол наклона зависимости y f x позволяет оценить длину волны

y2

y1

4R x

2

x

.

(8.3)

1

Первые точки на графике y = f(x) могут не попасть на прямую, так как первые кольца Ньютона несколько искажены. При проведении прямой эти точки можно не учитывать.

Рис.5

15

Контрольные вопросы

1.Сформулируйте цель лабораторной работы.

2.В чем заключается явление интерференции света?

3.Какие волны называются когерентными?

4.Запишите общее условие ослабления и усиления света при двухлучевой интерференции.

5.Объясните возникновение интерференционной картины при отражении от клинообразной пластинки. Изобразите ход лучей.

6.Выведите расчетную формулу для определения длины световой волны с помощью колец Ньютона.

7.Как производится измерение диаметров колец Ньютона?

Литература

1.Иродов И.В.Волновые процессы. Основные законы: Учеб.

пособие для вузов.– М.: Лаборатория Базовых знаний, 2001. 256 2.Трофимова Т.И. Курс физики: Учеб. пособие для вузов. 3-е изд., испр. Высш.

шк., 1994. 316-331.

3. Лабораторные занятия по физике/ под ред. Л.Л. Гольдина. М.:

Наука, 1983.434 .

16

ПРИЛОЖЕНИЕ

ФОРМА ОТЧЕТА

Титульный лист

УРФУ

Отчет по лабораторной работе 26

Определение длины волны света при помощи колец Ньютона

Студент_______________________

Группа _______________________

Дата _________________________

На внутренних страницах: (поля – слева, 3см)

1.Основная расчетная формула

Dl2 Dk2 ,

4R l k

где –

Dl и Dk –

R –

2.Номер установки.

3.Источник света .

4.Приборы и их характеристики

	Наименовани	Назначение	Постоянная	Предел	Цена
№ п/п	е прибора и	прибора	характеристика	измерений	деления
	его тип				шкалы

17

5.Ход лучей при отражении света от клинообразной пластинки (рис.2) .

6.Схема получения колец Ньютона (рис.3).

7.Результаты измерений диаметра колец

Таблица 1

Кольцо

Положение середины кольца

Диаметр кольца

D = Xп – Хл

1

2

Направление

Направление

.

отсчета

отсчета

.

10

8. Расчет Аi

A

D2

D2

Dl Dk Dl Dk

l

k

4 l k

4 l k

i

Таблица 2

l - k

Dl ,

Dk ,

Dl Dk ,

Dl Dk ,

A,

Ai A ,

A A 2

,

мм

мм2

i

мм

мм

мм

мм2

м

4

6 – 1

7 – 2

…

10 – 5

n

A

мм2

Ai A 2

мм4

i 1

9. Расчет длины волны

A

м.

R

10. Расчет погрешности измерений

18

A tp,nS A =							мм2;
		n	Ai	A 2
							мм2.
S A		i 1			,=
			n n 1

A A .

λ ,

A

2

R

2

где

.

А

R

11. Окончательный результат в виде

,=

м.

11. Расчет значений x и y.

Таблица 3

x l k

Dl,мм

Dk ,мм

Dl Dk

,мм

Dl

Dk ,мм

y D2

D2

,мм2

l

k

1=2-1

2=3-1

…

9=10-1

12.График зависимости y = f(x).

13.Расчет длины волны

y2 y1 4R x	2	x		м.
		1

14. Выводы.

19

Учебное издание

Определение длины волны света

при помощи колец Ньютона

Составители Михельсон Анна Вильгельмовна

Папушина Татьяна Ивановна

Компьютерная верстка Анохиной Н.Н.

Подписано в печать	10.10.2010 г.	Формат 60 84 1/16
Бумага типографская	Плоская печать	Усл.печ.л. 1,1.
Уч.-изд. л. 1,0. Тираж		Заказ.

Редакционно-издательский отдел УрФУ 620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19 [e-mail]

Ризография НИЧ УрФУ 620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19

20