Министерство высшего и среднего специального образования РСФСР

ГОРЬКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ

ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ им. А.А. Жданова

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАДИУСА КРИВИЗНЫ ЛИНЗЫ С ПОМОЩЬЮ КОЛЕЦ НЬЮТОНА

Лабораторная работа по физике №3-11

Горький 1987

1. Цель работы

Целью работы является ознакомление с явлением интерференции световых волн в тонких пленках (на примере колец Ньютона) и с методикой интерференционных измерений (на примере определение кривизны стеклянной поверхности).

2.Краткие сведения из теории

Интерференция – это неотъемлемое свойство волновых процессов, заключающееся в возникновении (при выполнении некоторых условий) стационарного пространственного перераспределения энергии (т.е. появления областей с чередующимися от максимума до минимума значениями интенсивности) при наложении двух или нескольких волн.

Интерференция свойственна волнам любой природы, но методы ее осуществления и наблюдения являются специфичными для каждого диапазона (звук, радиоволны, свет и т.п.), что связано с характеристиками источников волн.

Изучение в данной работе интерференции, именно световых волн, обусловлено двумя причинами: 1) важными практическими приложениями (просветление оптики, контроль качества обработки поверхности, измерение весьма малых расстояний и т.д.); 2) осуществлением на несложной экспериментальной базе.

В нашей установке интерференционная картина образуется при наложении световых волн, отраженных от двух границ (верхней и нижней) тонкой воздушной прослойки, заключенной между выпуклой поверхностью линзы и плоской стеклянной пластинкой (рис.1). Наблюдение осуществляется в отраженном свете. Расчет радиусов колец основан на идеализированной схеме осуществления интерференции (когерентные источники, параллельный пучок света и и.д.). Свойства реального источника (протяженность, немонохроматичность) проявляются в локализации картины и ограниченности области осуществления интерференции, т.е. небольшом числе наблюдаемых интерференционных максимумов и минимумов (имеющих, вследствие симметрии опыта, вид светлых и темных колец с центром в точке соприкосновения линзы с пластинкой).

• 2 –

оптических поверхностей руками.

З А П Р Е Щ А Е Т С Я:

1. Включать приборы без разрешения лаборанта или преподавателя.

2. Разбирать лабораторную установку или отдельные ее узлы.

3. Оставлять работающую установку.

4. Применять силу при настройке и оптической регулировке.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Ландсберг Г.С. Оптика. М.: Наука, 1976. §§ 12, 13, 26, 27.

2. Савельев И.В. Курс общей физики. Т.2. М.: Наука, 1978. §§ 119, 120, 122.

3. Гождаев И.М. Оптика. М.: Высш. школа, 1977. Гл. IV, §§1, 2, 6; гл. V, § 1.

4. Сивухин Д.В. Общий курс физики. М.: Наука, 1980, §§ 26, 33.

5. Матвеев А.Н. Оптика. М.:Высш. школа, 1985. Гл. 5, §§ 26, 27, 28, 29.

Взято с сайта ФАЭ helper (URL: http://www.faehelper.narod.ru)

- 10 -

Рис. 1. К расчету колец Ньютона: 1 – плоская стеклянная пластинка; 2 – плоско – выпуклая линза;

3–параллельный пучок лучей; 4 – толщина воздушного промежутка

Выразим размеры (радиусы r) наблюдаемых колец Ньютона через радиус кривизны линзы R, длину волны применяемого света λ и порядковый номер кольца m. Геометрическая разность хода интерферирующих лучей равна 2d, где d – толщина воздушного зазора в данном месте.

Имеем:

Учитывая, что 2R>>d, получим .

Отражение света в нижней границе воздушного промежутка, то есть от оптически более плотной среды (стекла), приведет к появлению дополнительного фазового сдвига на π, равносильного дополнительному оптическому пути в λ/2. Полная разность хода с учетом этого будет равна

.

Записав условие максимума освещенности интерференционной картины

,

получим

Таким образом, радиусы светлых колец (1)

- 3 -

Аналогично для темных колец , (2)

Измеряя радиусы темных (или светлых) колец и зная длину волны λ, можно определить радиус кривизны линзы или, наоборот, по известному R можно найти λ.

А. Вариант для студентов – заочников