December 03 2016 02:25:32
School Nogma
Навигация
 
Авторизация
Логин

Пароль



Вы не зарегистрированы?
Нажмите здесь для регистрации .

Забыли пароль?
Запросите новый здесь.
 
ИЗМЕРЕНИЕ РАДИУСА КРИВИЗНЫ ЛИНЗЫ ПО КОЛЬЦАМ НЬЮТОНА
ФИЗИКА КОЛЕБАНИЙ И ВОЛН. КВАНТОВАЯ ФИЗИКА. Методические указания

Цель работы: ознакомление с явлением интерференции света и использование его для контроля размеров.

Для выполнения измерений используется микроскоп, на предметном столике которого расположена линза, прикреплённая винтами к стеклянной пластинке.

Соответствующая оптическая схема изображена на рисунке


                                                                                                      1    





                                                                                                       2


                    h                                                                                 3

                                                                                                       4

                                                                                                              5




Источником света служит осветитель микроскопа (на схеме не показан), представляющий собой лампу накаливания. Ее излучение 1 падает на светофильтр 2, который из всего видимого спектра пропускает только участок спектра со средней длиной волны l=0,587 мкм. Волна, прошедшая светофильтр и линзу 3, при отражении от нижней сферической поверхности линзы разделяется на две волны: одна отражается от нижней грани линзы, другая, прошедшая далее, отражается от верхней грани стеклянной пластинки 5. Оба волны когерентны и, распространяясь в обратном направлении (вверх), накладываются друг на друга и интерферируют в окуляре микроскопа. Разность хода этих волн равна удвоенной толщине зазора  h между линзой и пластинкой (вторая  волна проходит этот зазор дважды). Величина  h  зависит от радиуса кривизны  линзы, что и позволяет определить его величину по наблюдаемой в микроскоп интерференционной  картине. Благодаря осевой симметрии всего устройства , изображенного на рисунке, картина интерференции  имеет вид концентрических темных и светлых колец.

Выполнение измерений

  1. Включите осветитель микроскопа с помощью тумблера на блоке питания.

  2. Установите увеличение микроскопа с помощью дискретно вращающейся ручки с числами. Каждому положению ручки соответствует определенное увеличение, обозначенное числом (см. табл. 1).

         Таблица 1

Числа на рукоятке Цена деления шкалы, мм
0,6 0,17
1 0,1
2 0,05
4 0,025
7 0,014

Для первоначальной настройки рекомендуется увеличение “2”, а для последующих измерений – “7”.

  1. Линза на предметном столике должна располагаться так, чтобы свет  попадал в ее центральную часть. Если при  этом  в окуляр микроскопа  не видно четкой картины (светлых и темных колец), то надо настроить микроскоп на резкость, вращая ручку, передвигающую трубу микроскопа по вертикали. Как только появилось четкое изображение светлых и темных колец, установите линзу на предметном столике так, чтобы шкала окуляра проходила через центр колец  (линза жестко скреплена со стеклянной пластинкой, однако их общее положение на предметном столике не зафиксировано, и вся конструкция легко смещается). В центре колец должно быть темное пятно. Если это не так, добейтесь его появления, прикручивая винты, прижимающие линзу к стеклянной пластинке.

  2. Установите увеличение микроскопа на цифру “7”. Считая мелкие деления шкалы, измерьте диаметры D  в делениях шкалы  для первых пяти светлых и первых пяти темных колец (центральное темное пятно не измерять). На основании этих данных определите затем радиусы r колец и занесите данные в  табл. 2.

       Таблица 2

   Вид полос Порядк. номер полос         m D, дел r,  дел r,  мм

Светлые





Темные






При определении  радиусов колец  r в миллиметрах, используйте  цену деления, взятую из табл.1.

  1. Формулы, связывающие радиусы светлых и темных колец r с радиусом кривизны линзы R, имеют вид:



      для светлых колец r =        (m + ½ )λR ;   m = 0,1,2,… ,                              (1)

      для темных колец  r =     mλR ;             m = 1,2,…                                       (2)  

     (вывод формул см., например, в [ 1 ] ).  Для темного пятна в центре   r = 0,

m=0.

Из (1) и (2) следует, что для любых двух светлых или двух темных колец с номерами mi  и  mj справедливо соотношение          

            R = (r2i – r2j)/(mi  - mj)l.                                                      (3)

     По формуле (3) рассчитайте значение R, используя три различных сочетания i и j  для светлых полос и, аналогично, для темных полос.

      Рассчитайте среднее значение радиуса кривизны линзы Rср. и абсолютную       погрешность  ΔR. Результат запишите в виде   R = Rср. ± ΔR.

6.  Сопоставьте полученный результат с результатом оценки радиуса кривизны линзы, полученной на основании измерения ее фокусного расстояния f . Формула, связывающая радиус кривизны плоско-выпуклой линзы с ее фокусным расстоянием, имеет вид

                        R=(n–1)f,                                                                                      (4)

где n – показатель преломления стекла линзы.  

                                       Контрольные вопросы.

  1. При соблюдении каких условий световые волны можно считать когерентными?

  2. Каким образом в данной оптической схеме возникают две когерентные волны? Какова разность хода между ними?

3. Как изменится интерференционная картина при уменьшении длины волны?

4.    Какую роль в данной оптической схеме играет светофильтр?

5.    Какова была бы картина без светофильтра?

Список рекомендуемой литературы

1. Савельев И.В. Курс общей физики. Т.2. М.:  Наука, 1982. Гл. XVII §122

2. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т.4. Оптика М.: Наука, 1980.

Комментарии
Нет комментариев.
Добавить комментарий
Пожалуйста, залогиньтесь для добавления комментария.
Рейтинги
Рейтинг доступен только для пользователей.

Пожалуйста, авторизуйтесьили зарегистрируйтесь для голосования.

Нет данных для оценки.

Время загрузки: 0.05 секунд 4,189,959 уникальных посетителей