Главная страница
Навигация по странице:

  • Результаты эксперимента и их обработка. Задание 1. Определение радиуса кривизны линзы.

  • Задание 2. Проверка неравенства Δ Δ

  • Ответы на контрольные вопросы. В чём состоит явление интерференции

  • Какие волны называются когерентными

  • Что происходит со световой волной при отражении от оптически более плотной среды

  • Что такое временная и пространственная когерентности

  • Что такое геометрическая и оптическая разности хода лучей

  • От чего зависит чёткость интерференционной картины

  • Как возникают кольца Ньютона

  • Вывести формулу радиуса тёмного кольца в отражённом свете.

  • Как изменится картина колец Ньютона при изменении показателя преломления вещества, заполняющего зазор между линзой и пластинкой

  • 10. Почему в центре интерференционной картины возникает тёмное пятно При каких условиях центральное пятно может стать светлым

  • 11. Как производятся измерения колец Ньютона

    		•

    Определение-радиуса-кривизны-313399. Отчёт по лабораторной работе 52 Определение радиуса кривизны линзы интерферометрическим методом


    Скачать 322.9 Kb.
    НазваниеОтчёт по лабораторной работе 52 Определение радиуса кривизны линзы интерферометрическим методом
    Дата29.12.2022
    Размер322.9 Kb.
    Формат файлаdocx
    Имя файлаОпределение-радиуса-кривизны-313399.docx
    ТипОтчет
    #868895

    Отчёт по лабораторной работе № 5-2
    Определение радиуса кривизны линзы интерферометрическим методом


    Цель работы: определение радиуса кривизны линзы в интерференционном опыте с кольцами Ньютона.


    Оборудование: интерферометр, окуляры со встроенными светофильтрами, линзы с пластинками в кольцевых оправах.

    Установка: Для проведения лабораторной работы необходимы приборы и материалы, представленные на рис. 1 и 2.



    Внешний вид установки представлен на рисунке. Оптическая часть системы (1) линза с пластинкой в кольцевой оправе укреплена на столике (2) измерительного микроскопа (компаратора), который может перемещаться в горизонтальном направлении. Фокусировка колец достигается вращением объектива (3) за нижний накатанный поясок (4). Микроскоп сфокусирован на воздушный зазор межу линзой и пластинкой. Измерения проводят по горизонтальной миллиметровой шкале (5), а также по микровинту (6).


    Результаты эксперимента и их обработка.


    Задание 1. Определение радиуса кривизны линзы.
    Линза 1, красный окуляр ( λ =660 нм)


    № кольца
    Отсчет по микровинту (мм)
    Dk, мм
    Dk 2, мм2












    левый
    Правый


















    7
    0,75
    5,55
    4,80
    23,04





















    6
    0,94
    5,43
    4,49
    20,1601





















    5
    1,14
    5,30
    4,16
    17,3056





















    4
    1,38
    5,04
    3,66
    13,3956





















    3
    1,50
    4,90
    3,4
    11,56





















    2
    1,77
    4,61
    2,84
    8,0656





















    1
    2,02
    4,35
    2,33
    5,4289























    Рис 1. График зависимости Dk2 (k )

    При красном окуляре по графику находим D02 =2,3126 мм2.

    Среднее значение радиуса кривизны линзы:



    Линза 1, синий окуляр ( λ =527 нм)


    № кольца
    Отсчет по микровинту (мм)
    Dk, мм
    Dk 2, мм2












    левый
    Правый















    7
    1,08
    5,36
    4,28
    18,3184





















    6
    1,20
    5,22
    4,02
    16,1604





















    5
    1,29
    5,01
    3,72
    13,8384





















    4
    1,49
    4,92
    3,43
    11,7649





















    3
    1,71
    4,74
    3,03
    9,1809





















    2
    1,92
    4,36
    2,44
    5,9536





















    1
    2,22
    4,19
    1,97
    3,8809























    Рис 2. График зависимости Dk2 (k )

    При синем окуляре по графику (рис. 2): D02 =1,5306 мм2.

    Среднее значение радиуса кривизны линзы:




    Линза 1, зеленый окуляр ( λ =540 нм)


    № кольца
    Отсчет по микровинту (мм)
    Dk, мм
    Dk 2, мм2












    левый
    правый















    7
    1,01
    5,35
    4,34
    18,8356





















    6
    1,14
    5,19
    4,05
    16,4025





















    5
    1,34
    5,00
    3,66
    13,3956





















    4
    1,48
    4,88
    3,40
    11,56





















    3
    1,68
    4,65
    2,97
    8,8209





















    2
    1,95
    4,40
    2,45
    6,0025





















    1
    2,16
    4,15
    1,99
    3,9601























    Рис 3. График зависимости Dk2 (k ) при зеленом окуляре

    Из графика находим: D02 =1,2823 мм2.

    Среднее значение радиуса кривизны линзы:



    Линза 1, желтый окуляр ( λ =589 нм)


    № кольца
    Отсчет по микровинту (мм)
    Dk, мм
    Dk 2, мм2












    левый
    правый















    7
    0,9
    5,47
    4,57
    20,8849





















    6
    1,05
    5,31
    4,26
    18,1476





















    5
    1,25
    5,11
    3,86
    14,8996





















    4
    1,39
    4,96
    3,57
    12,7449





















    3
    1,61
    4,75
    3,14
    9,8596





















    2
    1,94
    4,5
    2,56
    6,5536





















    1
    2,17
    4,25
    2,08
    4,3264























    Рис 4. График зависимости Dk2 (k ) при желтом окуляре

    Из графика находим: D02 =1,359 мм2.

    Среднее значение радиуса кривизны линзы:



    Поскольку во всех случаях линза оставалась одна и та же, тогда среднее значение её радиуса кривизны равно:



    Задание 2. Проверка неравенства Δ < Δког.

    Длина когерентности световой волны (для λ =660 нм и δλ =10 нм):



    Оптическая разница хода лучей (например для 5-го темного кольца)
    при λ =660 нм:


    Толщина воздушного зазора в месте наблюдения темного кольца с номером k


    Как видим, условие Δ < Δког полностью выполняется.


    Выводы:


    • в ходе выполнения лабораторной работы в интерференционном опыте с кольцами Ньютона, был определен радиус кривизны линзы, который оказался равным около 1,208 м;




    • была проверена справедливость неравенства Δ < Δког и установлено, что при наблюдении интерференционной картины оптическая разница хода интерферирующих лучей Δ была меньше длины когерентности Δког световой волны.

    Ответы на контрольные вопросы.


    1. В чём состоит явление интерференции?


    Явление интерференции состоит в том, что при наложении когерентных волн в некоторой точке пространства возникает перераспределение их интенсивности – возникает интерференционная картина, образуемая чередующимися друг за другом максимумом и минимумами интенсивности.


    1. Какие волны называются когерентными?


    Когерентными называют волны, разность фаз между которыми остается неизменной, а их частоты одинаковы.


    1. Что происходит со световой волной при отражении от оптически более плотной среды?


    При отражении световой волны от оптически более плотной среды её фаза меняется на противоположную, что аналогично дополнительному ходу луча в полволны (для оптического хода луча возникает дополнительное

    слагаемое λ/2)


    1. Что такое временная и пространственная когерентности?


    Под временной когерентностью можно понимать согласованность колебаний во времени, когда время «отставания» одного луча от другого не превышает времени когерентности (то есть времени, в пределах которого фаза если и отличается, то не более чем на π ).
    Под пространственной когерентностью понимают согласованность колебаний в один и тот же момент времени, но в разных точках плоскости, перпендикулярной направлению колебаний.


    1. Что такое геометрическая и оптическая разности хода лучей?


    Геометрическая разница хода лучей – это то геометрическое расстояние, которым отличаются геометрические пути этих лучей.
    Оптическая разница хода лучей – это разница их оптических путей, каждый из которых равен произведению геометрического пути на абсолютный показатель преломления света средой.


    1. От чего зависит чёткость интерференционной картины?


    Четкость интерференционной картины зависит от того, как отличается оптическая разница хода интерферирующих лучей от длины когерентности этих лучей (чем меньше оптическая разница хода лучей от длины когерентности лучей, тем четче будет интерференционная картина).


    1. Как возникают кольца Ньютона?



    Луч 1 света, падающий на линзу, отражается от верхней и нижней границ раздела воздушного зазора с линзой и плоскопараллельной пластинкой – образуются лучи 2 и 3, которые и создают интерференционную картину в отраженном свете.


    1. Вывести формулу радиуса тёмного кольца в отражённом свете.


    Условие наблюдения темного кольца (минимума интерференции) при наложении лучей 2 и 3 (картинка из предыдущего вопроса) с учетом того, что луч 3 отражается от оптически более плотной среды в оптически менее плотную, можно записать следующим образом:







    1. Как изменится картина колец Ньютона при изменении показателя преломления вещества, заполняющего зазор между линзой и пластинкой?



    Очевидно, что при увеличении показателя преломления n радиусы интерференционных колец будут уменьшаться – картина сужается.
    10. Почему в центре интерференционной картины возникает тёмное пятно? При каких условиях центральное пятно может стать светлым?

    Ширина между темными и светлыми полосами, обуславливалось толщиной воздушной прослойки между линзой и пластинкой. Чем больше было расстояние, тем больше было светлой полосы.

    В месте, где линза соприкасалась с пластинкой, воздушной прослойки не было никакой, поэтому там было темное пятно.
    11. Как производятся измерения колец Ньютона?
    Для измерения колец Ньютона необходимо замерить соответствующие радиусы на поверхности линзы (в отраженном свете) или пластинки (в проходящем), либо спроецировать лучи на экран с помощью линзы (или системы линз), где изображенные на экране кольца также измеряются (линейкой, штангенциркулем, микрометром и т.д.), а исходные размеры колец рассчитываются через увеличение используемой оптической системы.

    написать администратору сайта