Лаба номер 14. 4.3_Определение радиуса кривизны линзы с помощью колец Ньютона. Лабораторная работа 3 Определение радиуса кривизны линзы с помощью колец Ньютона
 Скачать 245.74 Kb.
|
|
19 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 4.3 Определение радиуса кривизны линзы с помощью колец Ньютона Ознакомьтесь с теорией в конспекте и в учебниках: 1. Трофимова Т.И. Курс физики. Гл. 22, §174; 2. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. Гл. 31, § 31.3. Запустите программу «Открытая физика 1.1». Выберите «Оптика» и «Кольца Ньютона». Нажмите вверху внутреннего окна кнопку с изображением страницы. Прочитайте краткие теоретические сведения. Необходимое запишите в свой конспект. (Если вы забыли, как работать с системой компьютерного мо- делирования, прочитайте ВВЕДЕНИЕ еще раз.) Цель работы • Знакомство с моделированием явления интерференции света в тонких пленках. • Изучение интерференции полос равной толщины в схеме колец Ньютона. • Определение радиуса кривизны линзы. Краткая теория Классическим примером полос равной толщины являются кольца Ньюто- на. Они наблюдаются при отражении света от воздушного зазора, образованно- го плоскопараллельной пластинкой и соприкасающейся с ней плосковыпуклой линзой с большим радиусом кривизны (рис.1). Рис. 1 20 Если на линзу падает пучок монохроматического света, то световые волны, отраженные от верхней и нижней поверхностей воздушной прослойки, будут интерферировать между собой. При этом образуются интерференционные по- лосы, имеющие форму концентрических светлых и темных колец убывающей ширины. В отраженном свете оптическая разность хода с учетом потери полуволны будет равна 2 2 λ + = Δ d , (1) где d – толщина воздушного зазора. Из рис. 1 следует, что ( ) 2 2 2 2 2 d Rd d R R r − = − − = . (2) Учитывая, что d 2 является величиной второго порядка малости, то из (2) получим R r d 2 2 = (3) Следовательно, 2 2 λ + = Δ R r (4) В точках, для которых оптическая разность хода равна ( ) 2 1 2 λ + = Δ k , (5) возникают темные кольца. Из формул (4) и (5) радиус k-го темногокольца бу- дет равен λ = kR r k 2 (6) Формула (6) позволяет определить радиус кривизны линзы λ = k r R 2 Вследствие деформации стекла, а также наличия на стекле пылинок невоз- можно добиться плотного примыкания линзы и пластины в одной точке. По- этому при определении радиуса кривизны линзы пользуются другой формулой, в которую входит комбинация из двух значений радиусов интерференционных 21 колец r m и r n , что позволяет исключить возможный зазор в точке контакта лин- зы и стеклянной пластины ) ( λ − − = n m r r R 2 n 2 m . (7) Методика и порядок измерений 1. Внимательно рассмотрите окно опыта, показанное на рис. 2, и зарисуйте необходимое в свой конспект лабораторной работы. 2. Зацепите мышью движок регулятора длины волны монохроматического света и установите первое значение длины волны из табл. 1 для вашей бригады. Аналогичным образом установите первое значение радиуса кривизны линзы R. Цель работы – проверить соответствие измеренного значения радиуса кривизны линзы и рассчитанного по формуле (7). Рис. 2 3. По формуле 2 1 1 m m r r = и указанному значению r 1 в правом нижнем пря- моугольнике окна опыта рассчитайте значения радиусов 3, 4, 5 и 6-го темных колец Ньютона и запишите эти значения в табл. 2. 4. По формуле (7) для m 1 = 3 и n 1 = 5 и m 2 = 4 и n 2 = 6 рассчитайте радиусы кривизны линзы R ∗ 1 и R ∗ 2 и запишите эти значения в таблицу по форме 1. 22 5. Установите мышью вторые значения радиуса кривизны линзы и длины волны из табл. 1 и выполните измерения пп. 3 и 4. 6. Проанализируйте полученные результаты и оцените погрешность прове- денных измерений. Таблица 1 Значения длины волны и радиуса кривизны линзы Бригады λ 1 , нм λ 2 , нм R 1 , см R 2 , см 1,5 400 640 50 180 2,6 460 680 70 160 3,7 520 730 90 140 4,8 560 760 110 120 Форма 1 Результаты измерений и расчетов. λ 1 = _____ R 1 = _____ λ 2 = ____ R 2 = _____ r 3 r 5 r 4 r 6 r 3 r 5 r 4 r 6 * R 1 = * R 2 = * R 3 = * R 4 = Вопросы и задания для самоконтроля 1. Что такое полосы равной толщины и равного наклона? Где они локали- зованы? 2. Проведите расчет интерференционной картины в тонкой пленке. 3. Что называется временем когерентности немонохроматической волны? 4. Что называется длиной когерентности? 5. Почему для немонохроматического света число видимых интерференци- онных колец будет ограниченным? От чего будет зависеть это число? 6. Объясните, почему расстояние между кольцами изменяется с изменени- ем радиуса кривизны линзы при неизменной длине волны? 7. Как изменится картина колец Ньютона, если воздушный зазор между линзой и пластиной заполнить водой? 8. Почему в отраженном свете в центре наблюдается темное кольцо? 9. Как изменится картина колец Ньютона, если наблюдение проводить в проходящем свете? 10. Почему масляное пятно на поверхности жидкости имеет радужную ок- раску? 11. Объясните, как явление интерференции света в тонких пленках исполь- зуется для просветления оптики? |