Файл: ФИЗИКА Методические указания к комплексу лабораторных работ по физике для студентов-заочников(механика, молекулярная физика, электричество и магнетизм, колебания и волны, оптика).pdf

Контрольные вопросы

1.Расскажите о явлениях, наблюдающихся в закрытом колебательном контуре.

2.Каков механизм образования стоячих волн в двухпроводной линии?

Рекомендательный библиографический список

1.Калашников С.Г. Электричество. – М.: Наука, 1977. – 231 с., §231.

2.Савельев И.В. Курс общей физики: В 3 т. Т. 2. – М.: Наука; 1988. §105, 106.

5.ОПТИКА

Вразделе «Оптика» студенты осваивают основные понятия, явления и задачи волновой оптики, знакомятся с методами измерения оптических характеристик (длина волны, показатель преломления и т.п.), а также с применением оптических измерений в прикладных целях (определение концентрации раствора сахара). Необходимо отметить, что оптические приборы являются точными и дорогими инструментами и выполнять работы с их помощью следует особенно тщательно и аккуратно.

Лабораторная работа № 5-3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ СВЕТОВОЙ ВОЛНЫ С ПОМОЩЬЮ КОЛЕЦ НЬЮТОНА

Цель работы: ознакомление с интерференцией, условием образования колец Ньютона и принципом их использования для практических целей.

Оборудование: микроскоп МИМ-7, выпуклая линза, плоскопараллельная стеклянная пластинка, светофильтр, сферометр ИЗС-7.

Введение

Согласно волновой теории свет представляет собой электромагнитную волну, в которой колеблются два взаимно перпендикулярных вектора – E напряженности электрического и H напряженности магнитного поля. Как показывает опыт, физиологическое, фотохимическое, фотоэлектрическое и другие действия света вызываются колебаниями вектора E . В соответст-

81

вии с этим обычно говорят о световом векторе, подразумевая под ним вектор E .

Итак, плоскую световую волну, распространяющуюся, например, вдоль оси Z можно представить в виде

где E0 = const – амплитуда колебания, ω = 2π/T – циклическая частота, Т –

период, k = 2π/λ – волновое число, α – начальная фаза волны. Длины волн видимого света заключены в пределах 4·10-7 м ≤ λ ≤ 7.6·10-7 м.

Волны одинаковой частоты, разность начальных фаз которых постоянна во времени, называются когерентными волнами, а источники когерентных волн называются когерентными источниками.

Рассмотрим наложение двух когерентных волн, линии колебаний кото-

времени равна 0 и волны взаимно гасятся. Координаты этих точек определяются условием k(z2 – z1)/2 = ±(2m+1)π/2 или с учетом k = 2π/λ

В точках, где cos[k(z2 – z1)/2] = ± 1, суммарная амплитуда волны в любой момент времени принимает максимальное значение. Координаты этих то-

Полученные результаты (3) и (4) показывают, что при наложении двух когерентных световых волн, имеющих одинаковые направления колебаний, в одних точках волнового поля амплитуда результирующих колеба-

82

Так как d мало, то величиной d2 можно пренебречь, и тогда d = r 2m /2R.

Из (6) можно определить λ (или R), но так как вследствие упругой деформации стекла невозможно добиться соприкосновения сферической линзы и плоской пластинки строго в одной точке, то более правильный результат получится, если вычислять λ (или R) по разности радиусов двух

Отсюда, зная радиус кривизны линзы R и экспериментально определяя величины rm и rn, можно вычислить длину световой волны λ. Таким образом, для определения длины волны необходимо предварительно с достаточной точностью измерить радиус кривизны используемой линзы. Для этой цели в данной работе применяется специальный прибор сферометр ПЗС-7 (см. описание в лаборатории оптики).

Радиусы интерференционных колец измеряются при помощи микроскопа МИМ-7 (рис. 3). Нить накала лампы 1 коллиматором 2 и зеркалом 3 проектируется в плоскости апертурной диафрагмы 5. При этом свет проходит через светофильтр 4. Системой, состоящей из линз 6, призмы 7 и отражательной пластинки 8, апертурная диафрагма изображается в плоскости опорного торца для объективов. Отражательная пластинка 8 направляет в объектив 9 лучи, которые, отразившись от объекта 10, вновь проходят через объектив, выходят из него параллельным пучком, проходят отражательную пластинку и попадают на ахроматическую линзу 11.

84

Объектив 9 служит не только для получения изображения, но и является частью осветительной системы. Выходящие из объектива параллельные

пуклая линза. Свет от источника попадает на выпуклую поверхность линзы снизу через объектив. При этом

интерферируют луч, отраженный от верхней поверхности пластинки, и луч, отраженный от выпуклой поверхности линзы. Для получения качественной интерференционной картины необходимо, чтобы радиус кривизны линзы был достаточно большим.

Порядок выполнения работы

1.При помощи сферометра определить радиус кривизны линзы.

2.Включить лампу осветителя микроскопа МИМ-7 (см. рис. 4, а, б), поместив на оправе 6 осветительной линзы светофильтр, выделяющий световую волну, длина которой измеряется. При помощи диска 5 ввести дополнительно соответствующий светофильтр.

3.Сняв линзу, освободив стопорную рукоятку 8, фокусировать микроскоп при помощи рукоятки грубой подачи столика 4 на верхнюю поверхность стеклянной пластинки, положив на нее какой-нибудь объект наблюдения (например кусок миллиметровой бумаги или металлическую монету). Закрепив рукоятку 8, поставив затем линзу в прежнее положение, с помощью рукояток 3 установить стеклянную пластинку так, чтобы точка соприкосновения линзы и пластинки попала точно в центр поля зрения окуляра микроскопа 2. Образующиеся на границе воздушного слоя и стеклянной пластинки кольца Ньютона должны быть отлично видны. В противном случае исправить фокусировку микроскопа вращением барашка микрометриче-

85