Описание установки
Кольца Ньютона часто имеют небольшой размер и для их измерения используют микроскоп (рис.4). Исследуемый объект 4
помещают на предметном столике микроскопа 5. Осветитель 3 расположен так, что отраженный объектом свет проходит через оптическую систему микроскопа и наблюдается через окуляр 1. В качестве осветителя используется газоразрядная неоновая лампа.
|
Оранжевому свету осветителя соответствует усредненная длина волны l= 596 нм.
Рис. 4 Рис. 5
Порядок выполнения лабораторной работы
Определение цены деления окулярной шкалы.
1. Включить осветитель 3.
2. Поместить на столик микроскопа 5 линейку с миллиметровыми делениями. Рукоятками 6 и 7 добиться резкого изображения делений.
3. Измерить длину одного миллиметра в делениях окулярной шкалы (на рис.6 одному миллиметру соответствует b = 2.5 деления окулярной шкалы).
4. Рассчитать цену деления окулярной шкалы a по формуле
(7)
где a - цена деления окулярной шкалы, b число делений окулярной шкалы, соответствующих одному миллиметру.
Определение радиуса кривизны линзы
1. Заменить линейку на столике микроскопа линзой, закрепленной на плоской стеклянной пластинке.
2. Ввести кольца Ньютона в поле зрения микроскопа и добиться резкого изображения колец.
3. Расположить окулярную шкалу относительно колец так, как показано на рис. 5.
4. Измерить диаметры пяти светлых колец Ньютона, для чего по окулярной шкале снять отсчеты положений диаметрально противоположных точек колец х 1 и х 2.
5. Заполнить таблицу 1 и рассчитать диаметры и радиусы всех, выбранных вами, колец. (В качестве примера на рис. 5 второму светлому кольцу соответствуют значения х1 = 1,1; х 2 = 3,6. d2 = 3,6 - 1,1 = 2,5)
Таблица 1
| № кольца | х1 | x2 | di = х2 – х1 | ri= di/2 | (ri) 2 |
6. Вычислить радиус кривизны линзы R по формуле (8).
(8)
где где m и n номера колец Ньютона, радиусы которых rm и rn, l 0 =596 нм.
7. Повторить расчеты по формуле (8) 5 - 7 раз для различных номеров m и n колец. Результаты занести в таблицу 2.
Таблица 2
| № | Ri | DRi = Ri - <R> | (DRi)2 |
Обработка результатов измерений
1. Рассчитать абсолютную и относительную погрешность радиуса кривизны линзы по формулам
(9)
(10)
где n - количество рассчитанных значений Ri, ta, n -коэффициент Стьюдента при надежности a, для данного количества значений n.
2. Результат расчетов записать в виде:
мм при a = 0.95
e =...
Контрольные вопросы
1. Интерференция света. Условия максимума и минимума интенсивности при интерференции света.
2. Когерентность. Временная и пространственная когерентность света.
3. Способы разделения светового пучка для получения двух когерентных лучей (бипризма Френеля, зеркало Ллойда, полупрозрачное зеркало и др.). Ход лучей при наблюдении колец Ньютона в отраженном и проходящем свете.
4. Интерференция света в тонких пленках. Полосы равного наклона и полосы равной толщины.
5. Практическое использование явлений интерференции.
Задания для отчета по лабораторной работе
1. Почему расчет радиуса кривизны линзы R целесообразнее производить по формуле (5)?
2. Светлым или темным будет центр интерференционной картины колец Ньютона при наблюдении в отраженном свете? В проходящем свете? Почему?
3. Зазор между линзой и пластинкой заполнили веществом с промежуточным показателем преломления n1>n2>n3. Светлым или темным будет центральное пятно в отраженном свете при идеальном контакте?
4. Какова причина постепенного исчезновения колец по мере удаления от центрального пятна?
5. Почему при расчете колец Ньютона принимается во внимание интерференция волн, отраженных от поверхностей воздушной прослойки, и не рассматривается волна, отраженная от верхней поверхности линзы?
6. Что будет происходить с кольцами Ньютона, если постепенно увеличивать величину воздушного зазора?
7. Во сколько раз возрастет радиус m -го кольца Ньютона при увеличении длины световой волны в 1.5 раза?
8. Почему по мере удаления от центра кольца Ньютона располагаются все более тесно?
9. Расстояние между вторым и первым темными кольцами Ньютона в отраженном свете равно 1 мм. Определить расстояние между десятыми и девятым кольцами.
10. Плосковыпуклая стеклянная линза выпуклой поверхностью соприкасается со стеклянной пластинкой. Радиус кривизны выпуклой поверхности линзы R, длина волны света l. Найти ширину D r кольца Ньютона в зависимости от его радиуса r.
11. Плосковыпуклая линза выпуклой стороной лежит на стеклянной пластинке. Определить толщину h слоя воздуха там, где в отраженном свете (l = 0.6 мкм) видно первое светлое кольцо Ньютона.
12. На стеклянной пластинке выпуклой стороной лежит плосковыпуклая линза с оптической силой D = 2 дптр. В проходящем свете радиус четвертого темного кольца Ньютона равен 0.7 мм. Определить длину световой волны.
13. Диаметр второго светлого кольца Ньютона при наблюдении в отраженном свете ( l = 0.6 мкм) равен 1.2 мм. Определить оптическую силу D плосковыпуклой линзы, взятой для опыта.
14. Диаметры dm и dn двух светлых колец Ньютона соответственно равны 4.0 и 4.8 мм. Порядковые номера колец не определялись, но известно, что между двумя измеренными кольцами расположено три светлых кольца. Наблюдение велось в отраженном свете (l = 500 нм). Найти радиус кривизны плосковыпуклой линзы, взятой для опыта.
15. Между стеклянной пластинкой и лежащей на ней плосковыпуклой стеклянной линзой налита жидкость, показатель преломления которой меньше показателя преломления стекла. Радиус восьмого темного кольца Ньютона при наблюдении в отраженном свете (l= 700 нм) равен 2 мм. Радиус кривизны выпуклой поверхности линзы R равен 1 м. Найти показатель преломления n жидкости.
16. На установке для наблюдения колец Ньютона был измерен в отраженном свете радиус третьего темного кольца. Когда пространство между плоскопараллельной пластинкой и линзой заполнили жидкостью, то тот же радиус стало иметь кольцо с номером, на единицу большим. Определить показатель преломления жидкости.
17. На стеклянную пластинку положена выпуклой стороной плосковыпуклая линза. При нормальном падении на плоскую границу линзы красного света (l = 610 нм) радиус пятого светлого кольца Ньютона оказывается равным 5 мм. Определить: а) радиус кривизны R выпуклой границы линзы, б) оптическую силу линзы (показатель преломления стекла линзы n = 1.5, линзу считать тонкой), в) радиус третьего светлого кольца.
18. Обращенная выпуклостью вниз плосковыпуклая линза закреплена неподвижно. Под линзой на небольшом расстоянии от нее находится стеклянная пластинка, которую можно перемещать по вертикали, вращая головку винта. Шаг винта составляет h = 100 мкм. Сверху линзу освещают светом с l= 580 нм и наблюдают в отраженном свете кольца Ньютона.Что будет происходить с интерференционной картиной, если, плавно вращая винт, увеличивать зазор между линзой и пластинкой? Какое число N новых колец возникнет (а старых исчезнет), если повернуть винт на один оборот?
19. В установке для наблюдения колец Ньютона свет с длиной волны l = 0.5 мкм падает нормально на плосковыпуклую линзу с радиусом кривизны R1 = 1 м, положенную выпуклой стороной на вогнутую поверхность плосковогнутой линзы с радиусом кривизны R2 – 2 м. Определить радиус третьего темного кольца Ньютона, наблюдаемого в отраженном свете.
20. Кольца Ньютона наблюдаются с помощью двух одинаковых плосковыпуклых линз радиусом кривизны R = 1 м, сложенных вплотную выпуклыми поверхностями (плоские поверхности линз параллельны). Определить радиус второго светлого кольца, наблюдаемого в отраженном свете (l = 600 нм) при нормальном падении света на поверхность верхней линзы.
| № вар. | № вопросов и задач | |||
| Баллы | ||||