Порядок выполнения работы. Краткая теория. Описание эксперимента

1. Ознакомьтесь с устройством экспериментальной установки и назначением приспособлений.

2. Включите лазер и, регулируя положения линзы с экраном и плоскопараллельной пластины, получите на экране чёткую интерференционную картину.

3. Измерьте расстояние L между экраном наблюдения и передней поверхностью стеклянной пластины, толщина h которой указана на установке.

4. С помощью шкалы с миллиметровыми делениями на экране наблюдения измерьте радиусы 6-ти светлых колец (r_m-радиус самого большого кольца, r_m+1 -радиус соседнего с ним кольца и т.д.)

Обработка результатов

5. Рассчитайте по формуле (9) показатель преломления n для каждого значения номера р (р=1,2,3,4,5). Длина волны лазера λ = 0.63×10^-6м. Результаты измерений и расчётов занесите в таблицу:

p	0	1	2	3	4	5
rm+ p
n

6. Найдите среднее значение показателя преломления  и рассчитайте погрешность s_n. Для оценки погрешности можно воспользоваться формулой : ,
где N- максимальное значение номера p.

Представление результатов работы

В заключении следует привести найденное экспериментально значение показателя преломления стеклянной пластины.

Контрольные вопросы

 

Литература

 

Работа №7. Определение радиуса кривизны линзы в интерференционном опыте с кольцами Ньютона

Цель работы: Изучение явления интерференции, определение радиуса кривизны линзы.

Оборудование: Микроскоп с окуляр-микрометром, опак-иллюминатор, осветитель, оправка с плоской пластиной и исследуемой линзой.

Краткая теория

При падении световой волны на тонкую прозрачную пластину (или плёнку) происходит отражение от обеих поверхностей пластинки. В результате возникают две когерентные световые волны, которые при известных условиях могут интерферировать.

В интерференционном опыте Ньютона роль тонкой плёнки, от поверхности которой отражаются когерентные волны, играет воздушный зазор между соприкасающимися друг с другом плоскопараллельной толстой стеклянной пластиной и плосковыпуклой линзой (рис.1).

Рис.1

При нормальном падении света интерференционная картина, наблюдаемая в отражённом свете, представляет собой систему концентрических светлых и тёмных колец, получивших название колец Ньютона. Центры колец находятся в точке касания выпуклой поверхности линзы с плоскопараллельной пластиной, причём в центре интерференционной картины наблюдается тёмное пятно (рис. 2).

Рис. 2

Найдём радиусы r колец Ньютона в случае падения света по нормали к плоской поверхности линзы и пластинке. В этом случае оптическая разность хода D ₀ отражённых волн “1” и “2” равна удвоенной толщине h воздушного зазора (рис. 1). Из геометрии рис. 1:

                              R² = (R - h)² + r² » R² - 2Rh + r² ,                   (1)

где R- радиус кривизны линзы, r - радиус окружности, всем точкам которой соответствует одинаковый зазор h. Ввиду малости h мы пренебрегли величиной h² по сравнению с величиной 2Rh. В соответствии с (1) : h = r²/ 2R .

Чтобы учесть возникающее при отражении от пластины изменение фазы на p при вычислении разности хода D, надо к величине D₀ =2h прибавить l / 2. В результате получится :

                               .                                                    (2)

В точках, для которых D = m l, возникают максимумы, а в точках, для которых D = (m -0.5) l, возникают минимумы интенсивности света. С учётом этого и формулы (2) для радиусов светлых r_m и тёмных r ¢_m интерференционных колец имеем:

                                                                         (3)

                                                                        (4)

где m = 1,2,3, . . .- порядковый номер колец.

Соотношения (3) и (4) позволяют в эксперименте определить радиус кривизны R линзы по измеренным значениям радиусов светлых и тёмных колец при известной длине волны l света. Определению радиуса кривизны линзы в интерференционном опыте с кольцами Ньютона и посвящается настоящая лабораторная работа.

Описание эксперимента

Экспериментальная установка состоит из микроскопа, монохромного осветителя, оправки, с закреплёнными в ней плоскопараллельной пластиной и исследуемой плосковыпуклой линзой, прижатыми друг к другу.

На тубусе микроскопа внизу укреплен опак-иллюминатор, представляющий собой трубку с боковым окном. Внутри трубки закреплена под углом 45° к оси микроскопа стеклянная пластинка. Свет с длиной волны l=430нм попадает на линзу после отражения от этой пластинки. Интерференционная картинка наблюдается в окуляр-микрометр микроскопа. Перемещая по столику оправку и настраивая микроскоп, добиваются наблюдения чёткой интерференционной картины. Измерение радиусов светлых и тёмных колец производится при помощи окулярного микрометра, цена деления его шкалы зависит от установленного увеличения микроскопа.

Из формул (3) или (4) можно определить R. Так как  вследствие упругой деформации стекла невозможно добиться идеального соприкосновения сферической линзы и плоской пластинки в одной точке, то более правильный результат получится, если вычислять R по разности радиусов двух темных или двух светлых колец r_m и r_n. Тогда окончательная формула, справедливая как для темных, так и светлых пар колец, будут иметь следующий вид:

                       .                                           (5)

Техника безопасности

· Необходимо соблюдать общие правила техники безопасности лаборатории "Оптика".

· Не следует касаться руками оптических элементов.

· Запрещается самостоятельное перемещение оправки с линзой в горизонтальной плоскости.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: