Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

838

.pdf
Скачиваний:
12
Добавлен:
24.03.2015
Размер:
891.15 Кб
Скачать

Министерство образования Российской Федерации

Московская rосударственная академия Тонкой химической технолоrии

им. М.В. Ломоносова

Кафедра физики

А.Н. Арбатская, М.К. Боброва

Изучение интерференционной картины колец Ньютона (В02).

Изучение дифраициu света на

дифраиционной решетке (В03).

(учебно-мвmoдuческов nоо/ fue)

http://www.mithtМосква.ru/e2000-library

УДК 535(076.5)

А.Н. Арбатская, М.к. Боброва Изучение интерференционной картины колец Ньютона (802).

Изучение дифракции света на дифракционной решетке

(В03).

-Уч.-метод. пособие/ИПЦ МИТХТ, 2000, стр.30, табл.3, РИС.6

Методическая разработка предназначена для

студентов второго курса, изучающих курс оптики.

В методическом пособии кратко изложены

теоретические основы лабораторных работ; приведены

схемы и описания экспериментальных установок; даны

методические указания по обработке результатов

измерений; представлены контрольные вопросы и

'1Iитература, необходимые для усвоения изучаемого

материала.

Утверждено БИК МИТХТ им. М.В. Ломоносова

© МИТХТ, 2000

http://www.mitht.ru/e-library

-3-

Лабораторная работа 802.

Изучение интерференционной картины

колец Ньютона.

2.1. Цель работы.

Ознакомление с явлением интерференции на примере колец

Ньютона, вычисление радиуса кривизны поверхности стеклянной

линзы и длины волны света.

2.2. Теоретические основы работы.

Вывод раСЧ'тНОii формулы:

вработе интерференция световых волн наблюдается при

отражении света от границ тонкой воздушной прослойки,

эакл~нной между выпуклой поверхностью линзы 1 и плоской

стеклянной пластинкой 2 (рис.2.1.). Вследствие большой толщины

пластинки и линзы интерференционные полосы за счёт отражения

от других поверхностей не возникают. Наблюдение ведётся в

отражённом свете.

Пусть сверху на плосковыпуклую линзу С большим радиусом

кривизны R нормально к поверхности падает монохроматический

http://www.mitht.ru/e-library

-4-

параллельный пучок лучей .Отражённые в точках А и 8 лучи света

3' и 3" приобретают очевидно, разность хода, равную 2h (h-

толщина воздушной прослойки между выпуклой поверхностью

линзы и пластинкой). Места равной толщины воздушной прослойки

представляют собой окружности радиуса р с центром в точке, где

линза касается плоскости. Вследствие больwого радиуса кривизны

линзы наклонами лучей при преломлении на выпуклой

поверхности линзы и воздуха можно пренебречь. Необходимо также учесть, что отражение световой волны от пластинки 2

происходит с изменением фазы на обратную или с потерей полуволны, т.к. отражение происходит от оптически более плотной

среды.

Вследствие этого полная разность хода

 

А

(2.1)

А = 2h+-,

2

Образующаяся интерференционная картина носит название

"интерференционные полосы равной толщины"и имеет вид колец,

тёмных и светлых е случае наблюдения в монохроматическом

свете и цветных при наблюдении в белом свете , и носит название

колец Ньютона.

Определим радиусы колец, предполагая, что.в зазоре

коэффициент преломления средь: n =1. Из риС.2.1 следует. ~TO

http://www.mitht.ru/e-library

-5-

о

РИС.2.1.Схема установки для наблюдения колец Ньютона

(2.2)

где R - радиус кривизны линзы, р - радиус кольца. Пренебрегая

в (2.2) величиной ь%<<Rh, получим:

p2=2hR,

(2.3)

МаксималЬНое усиление световых волн будет иметь место в

том случае, если в разности хода ~ уложится чётное число

полуволн. Следовательно, для светавых колец:

L\ _')ЛТ H-12""

(2.4)

Л. - ....i'Y,iV - , ~:>... ,

2

http://www.mitht.ru/e-library

-6-

где N~порядок светлого кольца. Учитывая (2. 1), получим:

2h

1

 

(2.5)

-=N--

,

1.

')

 

Решая совместно (2.3) и (2.5), вычислим радиус N-го светлого

кольца:

(2.6)

По формуле (2.6), измерив радиусы колец, можно вычислить радиус кривизны ЛИНЗЫ R, если известна длина волны А., либо

наоборот, длину волны А. по известному радиусу R .

Однако целесообразно, имея в виду точность измерений,

воспользоваться графИческим методом. Можно построить график

зависимости pZH от N (теоретически это прямая линия) и по

тангенсу угла наклона прямой определить R или Л.

Пусть Рн И PN+K -радиусы двух колец. Тогда:

2 2

PN+K - Рн =tga =lU ,

К

R=tga

л '

л = tga.

R

http://www.mitht.ru/e-library

- 7-

2,3. Описание установки,

вработе для наблюдения и измерения !(олец Ньютона

используется микроскоп 1, установленный на специальном

штативе 2 (рис.2.2) против окна кожуха осветительной лампы 3 с

фильтром 4. Платформу штатива 5 закрепляют на уровне,

соответствующем нижней кромке окна кожуха.

10

1

в

4 3

7 / /

6

11

/

6

I J

Рис.2.2. Измерительный микроскоп и осветительная лампа

http://www.mitht.ru/e-library

-8-

На платформу 6 микроскопы установите держатель 7 с

зеркалом 8. На держателе находятся скреплённые вместе плоская

пластинка и линза 9. Поворотом зеркала 8 вокруг горизонтальной

оси можно добиться нормального к поверхности линзы падения

лучей. Фокусировка микроскопа осуществляется с помощью

насечки 10. Насечка служит для поворота шкалы окуляра.

Рис. 2. З. Ход лучей в усmановке

http://www.mitht.ru/e-library

-9-

Лучи света от осветительной лампы 1 (рис.2.З), пройдя через

фильтр 2. отражаются от границ линзы 5 и плоскопараллелы-fйй пластинки 6 попадают в объектив микроскопа 6. 8 поле зрениs:<

!(оторого и чаблюдают кольца Ньютона.

2.4.Прu60Р и принадлежности

Измерительный микроскоп с окулярным микрометром;

держатель с зеркалом, стеклянной пластинкой и линзой;

осветитель с лампой накаливания; светофильтры.

2.5. Порядок выполнения работы

2.5.1.Установите на платформу 6 (рис.2.2) микроскопа

держатель 7 с зеркалом, линзой и стеклянной пластиной.

2.5.2.Включите осветительную лампу 3, расположив окно

кожуха лампы против зеркала 8.

2.5.3Леремещая держатель по платформе микроскопа и

поворачивая зеркало 8, добейтесь яркого освещения поля зрения

микроскопа.

2.5.4.Установите на осветительной лампе светофильтр 4.

2.5.5.Фокусируя микроскоп, добейтвсь появления чётких колец

Ньютона.

2.5.6.Перемещением держателя и непосредственно пластинки с

линзой, расположите кольца Ньютона в центре поля зрение.

2.S.7.С помощью окулярного микрометра измерьте диаметры

колец по двум взаимно перпендикулярным направлениям.

http://www.mitht.ru/e-library

Кольца могут отличаться по цвету. Поэтому при измерении

следует отбираТl~ кольца того цвета, для которого известна длина

волны.

Цветные кольца в поле зрения микроскопа представляются не узкими, а имеют определённую ширину, чтобы исключить ширину

кольца, нужно сделать замеры по внешнему краю кольца сверху и

по внутреннему краю кольца снизу и, повернуть окуляр 10 на 900,

сделать замеры по внешнему краю слева и по внутреннему краю

справа.

2.5.8.Измерьте диаметры не менее 4~ колец.

2.5.9.Данные измерений занесите в таблицу 2.1.

2.5.10.РасчитаЙТе с учётом цены деления шкалы окулярного

микрометра диаметры колец.

2.5.11.Вычислите квадраты радиусов р2N.

2.5.12'nостPQЙТе график линейной зависимости pZN от номера

кольца N.

2.5.13.Определите по построенному графику

2 2 tga = PN+K - PN

К

2.5.14. Вычислите радиус кривизны линзы

R=tga.

А

2.5.15.Наблюдая кольца Ньютона ДЛЯ новой длины волны (с

другим светофильтром или кольца иного цвета, '10 указанию

преподавателя). повторите измерения 2.5.7.-2.5.13,

http://www.mitht.ru/e-library

Соседние файлы в предмете Физика