Порядок выполнения работы

Методика эксперимента

Экспериментальная установка состоит из плоско-выпуклой линзы L большого радиуса кривизны, лежащей на плоской поверхности стеклянной пластинки Q, осветителя S, микроскопа M и набора светофильтров F (рис.1).

При освещении линзы монохроматическим светом световые волны, отраженные от верхней и нижней границ воздушного клина с малой толщиной d, образованного линзой и пластинкой, интерферируют (рис.2). При этом в отраженном свете в центре наблюдается тёмное пятно, окруженное рядом концентрических светлых и тёмных колец («кольца Ньютона»).

Найдём радиусы r тёмных и светлых колец в отражённом свете, считая, что освещение осуществляется лучами, перпендикулярными поверхности линзы. Из OCB по теореме Пифагора

.

Из этого уравнения, пренебрегая по сравнению с 2R , находим:

(1)

Оптическая разность хода интерферирующих лучей при этом учтено, что при отражении от пластинки фаза волны меняется на , а разность хода на .

Запишем условия максимумов и минимумов интерференции соответственно

где m=0,1,2…

Выражая из (2) и подставляя в (1), получим формулы расчёта радиусов тёмных и светлых колец Ньютона, наблюдаемых в отражённом свете:

(для светлых колец) (3)

(для тёмных колец) (4)

Так как между линзой и пластинкой в точке касания всегда остаётся зазор (менее ), то, для исключения его влияния, вычтем из уравнения, записанного для m-го кольца, то же уравнение, записанное для k-го кольца. В результате получим расчётную формулу:

(5)

Для наблюдения интерференционных эффектов необходимо, чтобы волны при наложении имели одну и ту же частоту, и чтобы разность фаз между ними оставалась постоянной (такие волны называются когерентными). Однако волны от обычного (не лазерного) источника света лишь частично когерентны. Поэтому чёткая интерференционная картина будет наблюдаться при выполнении следующих условий:

1) Расстояние между лучами должно быть меньше радиуса когерентности , что ограничивает угловой размер ис­точника света .

2) Разность хода лучей должна быть меньше длины когерентности

(6), что приводит к ограничению числа видимых колец m

, (7)

где - интервал длин волн, пропускаемых светофильтром.

Порядок выполнения работы

1. Для наблюдения колец Ньютона включите осветитель. При необходимости картину колец сфокусируйте.

2. Положите на окуляр микроскопа красный фильтр и измерьте диаметры 4 -5 тёмных колец в делениях шкалы. Используя цену деления шкалы (написана на микроскопе), рассчитайте радиусы колец.

3. Подсчитайте число видимых тёмных колец.

4. Замените красный фильтр другим (по указанию преподавателя) и подсчитайте снова число видимых тёмных колец.

5. Результаты измерений занесите в таблицу 1 рабочей тетради.

6. Рассчитайте радиус кривизны линзы по формуле (5), используя не менее 3 комбинаций пар радиусов колец Ньютона.

7. Найдите среднее значение радиуса кривизны линзы -<R>.

8. Используя формулу (7), по числу видимых темных колец для каждого светофильтра определите полосу пропускания Δλ, то есть интервал длин волн, который воспринимается глазом как один цвет.

9. Результаты расчётов занесите в таблицу 2 рабочей тетради.

10. Сделайте выводы.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 34

Изучение явления дифракции света от естественного источника.

Цель работы: применение дифракции света для определения длины волны; оценка характеристик дифракционной решетки

Методика эксперимента

Экспериментальная установка (гониометр) состоит из источника света S, который помещают в фокусе линзы объектива 1, дифракционной решетки 2, окулярной линзы 3 и экрана 4, расположенного в фокальной плоскости окуляра (рис.1).

Углы поворота тубуса гониометра с линзой 3, равные углам дифракции, измеряют по шкале.

Расчет дифракционной картины от одной щели приводит к условию минимумов и максимумов соответственно:

, (1)

, (2)

где b- ширина щели, λ- длина волны света, κ- порядок минимума и максимума интерференции.

Распределение интенсивности света при дифракции Фраунгофера от щели показано на рис. 2.

Дифракционная картина от дифракционной решетки при дифракции Фраунгофера аналогична рис. 2, но более сложная (рис.3).

Условие главных минимумов определяется дифракцией света от одиночной щели, а главных максимумов и дополнительных минимумов- интерференцией света от различных щелей.

Условие главных максимумов для дифракционной решетки задаётся уравнением:

(3)

где d − период решетки, κ − порядок главных максимумов дифракции, - угол дифракции,

а условия минимумов – уравнением:

(4)

Порядок выполнения работы

Задание 1.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: