ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.08.2019
Просмотров: 9501
Скачиваний: 23
121
Шкала окулярного микрометра показана на рис.9.18. На
неподвижной сетке нанесены деления, цена которых 1 мм. На подвижной
сетке имеются две подвижные риски и перекрестие. Перемещение
подвижной сетки осуществляется с помощью микрометрического
винта микрометра. Цена деления микрометра 0,01 мм.
При отсчете точку пересечения креста нитей вращением барабана
микрометра совмещают сначала с одним концом измеряемого отрезка,
а затем – с другим концом отрезка, каждый раз замечая показания
шкалы окулярного микрометра (по положению рисок) и барабана.
Например, если на шкале микрометра между двумя рисками
находится цифра 4 (см. рис.9.18), а на барабане микрометрического
винта зафиксировано 29 делений, то полученное измерение будет 4,29
мм или 4,29·10
–3
м.
Разность измерений в первом и втором отсчетах дает величину
измеряемого отрезка.
Для определения расстояния l (рис.9.16) между мнимыми
источниками S
1
и S
2
на оптическую скамью между бипризмой и
окулярным микрометром помещают собирающую линзу 6 (рис.9.17).
Расстояние между мнимыми источниками можно найти из схемы хода
лучей в линзе, показанной на рис.9.19.
На рис.9.19 l – расстояние между изображениями мнимых
источников, видимое в окуляре и определенное окулярным
микрометром, b – расстояние между линзой 6 (рис.9.17) и окулярным
микрометром 7, а – расстояние между щелью 4 и линзой 6.
Из подобия треугольников на рис.9.19 получаем
l
l
b
a
, т.е.
b
a
l
l
.
(9.28)
Окончательно длина волны:
F
Линза
Рис. 9.19
l
l
b
a
F
S
1
S
2
S
2
S
1
0 2 4 6 8
Рис. 9.18
122
Lb
xa
l
.
(9.29)
Преломляющий угол призмы можно определить по формуле
)
1
n
(
bd
2
a
l
,
(9.30)
где d – расстояние между щелью 4 и бипризмой 5 (рис.9.17), n = 1,5 –
показатель преломления стекла.
Порядок выполнения работы
1. Установить приборы на оптической скамье в соответствии со
схемой на рис.9.17 (без линзы 6).
2. Включить питание лампы накаливания.
3. Установить
светофильтр
и
определить
с
помощью
микрометрического винта расстояние между несколькими (N = 3, 5, 7)
интерференционными полосами (N x). Найти для каждого измерения
расстояние между двумя соседними полосами х и среднее значение x
(ширину полосы) по формуле
3
x
x
x
x
3
2
1
.
Результаты измерений и цвет светофильтра записать в табл.9.1.
4. Получить значение x в метрах (см. комментарии к рис.9.18).
Таблица 9.1
Светофильтр __________
Число полос
N
N х
мм
х
мм
x
мм
x
м
м
3
5
7
Таблица 9.2
Светофильтр __________
Число полос
N
N х
мм
х
мм
x
мм
x
м
м
3
5
7
5. Поменять светофильтр и повторить измерения по п.п. 3,4.
Записать измерения в табл.9.2.
123
6. Определить по оптической скамье L – расстояние между щелью 4
и окулярным микрометром 7 (рис.9.17) и d – расстояние между щелью
4 и бипризмой 5.
7. Поставить на оптическую скамью линзу 6 и, передвигая ее,
добиться отчетливой видимости двух изображений источников (щелей)
в окулярном микрометре. Измерить микрометром расстояние между
ними l . По линейке на оптической скамье измерить расстояния а и b
(рис.9.19).
8. Повторить измерения по п.7 для другого светофильтра.
9. По формуле (9.29) определить длину волны
для каждого
светофильтра.
10. По формуле (9.30) найти преломляющий угол призмы .
11. Отключить установку от сети.
Контрольные вопросы
1. Что такое бипризма Френеля? Какова ее роль в лабораторной работе?
2. Как рассчитать ширину интерференционной полосы для
интерференции от двух источников?
3. Для чего в данной работе между щелью и окулярным
микрометром помещается линза?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 110
Определение радиуса кривизны линзы с
помощью колец Ньютона
Цель работы: измеряя радиусы колец Ньютона при интерференции
в отраженном свете, определить радиус кривизны линзы.
Методика измерений
Если плоско–выпуклую линзу с большим радиусом кривизны
положить
выпуклой
стороной
на
блестящую
поверхность
плоскопараллельной стеклянной пластинки и осветить параллельным
пучком монохроматического света (рис.9.20), то луч 2, отраженный от
нижней поверхности линзы, будет интерферировать с лучом 1,
отраженным от поверхности пластинки, образуя кривые равной
толщины – кольца Ньютона.
Для слоя воздуха толщиной d оптическая разность хода при
падении лучей под малым углом согласно формулам (9.9) и (9.10)
запишется
124
2
d
2
.
(9.31)
Для светлых колец согласно (9.7)
k
2
d
2
.
(9.32)
Для темных колец согласно (9.8)
2
)
1
k
2
(
2
d
2
.
(9.33)
Здесь k – порядковый номер кольца (k = 0 соответствует
центральному темному пятну).
В соответствии с рис.9.21
2
2
2
2
d
Rd
2
)
d
R
(
R
Т.к. d <<R, то
Rd
2
2
. (9.34)
Подставляя (9.34) в формулу (9.32)
для радиусов светлых колец Ньютона
получаем
2
R
)
1
k
2
(
2
k
, (9.35)
а для радиусов темных колец по формуле (9.33)
kR
2
k
.
(9.36)
Измерив, например, радиусы двух темных колец, достаточно
удаленных от центрального темного пятна:
R
k
;
R
k
2
2
2
k
1
2
k
1
,
можно получить
)
k
k
(
R
1
2
2
k
2
k
1
2
d
Рис. 9.21
R–d
R
d
1,2
Рис. 9.20
Воздушный клин с
переменным углом
2
1
125
и определить радиус линзы
)
k
k
(
)
)(
(
R
1
2
k
k
k
k
2
1
1
2
.
(9.37)
Вычисление R по радиусам двух колец снижает погрешность
измерения.
Экспериментальная установка
Диаметр колец измеряют при помощи микроскопа (рис.9.22).
На объективе микроскопа имеется насадка 3 со стеклянной
пластинкой (под углом = 45 к оси микроскопа). Она направляет
горизонтальный пучок света от источника света 5 на столик
микроскопа, на котором на плоскопараллельной пластинке из черного
стекла 1 находится плоско–выпуклая линза 2 большого радиуса кривизны.
Для измерения диаметра колец следует определить цену деления а
0
на шкале окуляра.
Пусть N делений масштабной линейки, рассматриваемой в
микроскоп, совпадают с N
0
делениями окулярной шкалы.
Тогда
0
0
a
N
Na
;
0
0
N
N
a
a
,
(9.38)
S
4
5
3
2
1
Рис. 9.22