Учебное пособие: Оптическая физика

Т.о, измерив экспериментально радиус темного или светлого m- го кольца r_m и радиус кривизны линзы R можно вычислить длину световой волны. Однако вычислять по формулам (1) или (2) длину световой волны на практике не удобно, поскольку в измерениях может присутствовать большая систематическая ошибка. Для того, чтобы ее избежать, измеряют радиусы m - го и k - го колец и, вычитая их друг из друга (это вычитание приводит к уничтожению ошибки), получают следующее выражение для длины световой волны:

. (3)

Описание экспериментальной установки

Для наблюдения и измерения радиусов колец Ньютона применяется микроскоп с длиннофокусным объективом и микрометрическим винтом. На предметный столик микроскопа помещается стеклянная пластинка с подложенной под нее черной бумагой или же пластинка из черного стекла. Поверх пластинки кладется плосковыпуклая линза с большим радиусом кривизны (R»1,5м). Вся эта система заключена в металлическую оправу, имеющую винты для регулировки ширины колец Ньютона.

При выполнении работы, прежде всего, нужно получить картину колец Ньютона на установке с линзой и плоской пластинкой. При визуальном наблюдении эти кольца в отраженном свете будут выглядеть как маленькое темное пятнышко на поверхности линзы. Затем установка помещается на предметный столик микроскопа. После этого добиваются, чтобы свет, падающий из объектива, освещал это пятнышко и, сфокусировав микроскоп, наблюдают кольца Ньютона в окуляр микроскопа.

Выполнение работы

1. Вычисление радиуса кривизны выпуклой поверхности линзы.

1. Поместите на предметный столик стеклянную пластинку с линзой так, чтобы свет от ртутной лампы падал на линзу. Получите отчетливое изображение колец Ньютона.

2. Установите оранжевый светофильтр (l_оранж. =630 нм).

3. Произведите отсчеты по барабану микрометра левого и правого краев пяти темных колец, видимых в окуляре. Для этого переместите столик микроскопа путем вращения микрометрического винта, так, чтобы нить, натянутая в окуляре, совпала с наружным краем левого (правого) темного кольца. Запишите показания барабана микрометрического винта. Затем совместите нить с правым (левым) наружным краем этого же кольца, и, в свою очередь, запишите показания барабана микрометрического винта. Вычислите радиус r интерференционного кольца. Отсчеты производить в соответствии с рис.2. Результаты измерений занести в таблицу №1.

Таблица 1

4. Вычислить радиус кривизны линзы R по формуле (4):

. (4)

2. Определение длины световой волны.

1. Вместо оранжевого светофильтра поочередно установить другие светофильтры, для которых длина волны неизвестна.

2. Как и в первом задании для каждого светофильтра произвести отсчеты по барабану микрометра левого и правого краев пяти видимых колец Ньютона. Результаты измерений занести в таблицу, аналогичную таблице №1, предварительно указав цвет светофильтра.

3. Используя формулу (3) и известное из первого задания значение радиуса кривизны линзы R вычислите длину волны света l, считая, что k=1, а m пробегает значения 2, 3, 4, 5. Произведите усреднение l по числу рассчитанных значений.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Почему наблюдаемая интерференционная картина состоит из ряда темных и светлых колец?

2. Запишите условия максимумов и минимумов света при интерференции когерентных световых пучков.

3. Чем различаются картины колец Ньютона в отраженном и проходящем свете?

4. Почему в данной работе радиус кривизны линзы выбран большим?

5. Можно ли для наблюдения колец Ньютона пользоваться достаточно протяженными источниками света?

6. Что произойдет в данной работе с интерференционной картиной, если линзу слегка приподнять над пластинкой?

7. Как изменится картина колец Ньютона, если пространство между линзой и пластинкой заполнить водой?

ЛИТЕРАТУРА

1. Сивухин Д. В. Общий курс физики. Т.3. Оптика. М.: Наука, 1985.- 752с.

2. Савельев И. В. Курс общей физики. Т.2. Электричество и магнетизм. Волны. Оптика. М.: Наука, 1988.- 496c.