ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.08.2019
Просмотров: 9520
Скачиваний: 23
126
Здесь а = 10
–2
см – цена деления масштабной линейки.
В качестве источника монохроматического света используется лампа с
красным светофильтром = Å (1 Å = 10
–8
см).
Порядок выполнения работы
Упражнение 1
Калибровка окулярной шкалы микроскопа
1. Осветить предметный столик микроскопа.
2. Поместить на столик микроскопа масштабную линейку, цена
деления которой а известна (а = 10
–2
см).
3. Перемещением тубуса микроскопа добиться ясной видимости
шкалы масштабной линейки.
4. Вращением масштабной линейки добиться ее совмещения с
масштабом окуляра. По формуле (9.38) рассчитать цену деления а
0
шкалы окуляра.
5. Убрать масштабную линейку с предметного столика.
Упражнение 2
Определение радиуса кривизны линзы
1. Поместить на столик микроскопа плоскопараллельную пластинку
из черного стекла блестящей стороной вверх.
2. Включить лампу.
3. На пластинку поместить линзу
выпуклой стороной вниз, стараясь, чтобы
ее ось совпала с осью объектива
микроскопа.
4. Перемещением тубуса микроскопа
добиться видимости колец Ньютона в
окуляре
микроскопа.
Аккуратным
перемещением
линзы
добиться
совпадения центрального темного пятна
интерференционной картины с центром
поля зрения микроскопа.
5. Измерить расстояние 2 между
внешним и внутренним краями достаточно удаленного от центра
темного кольца с номером k
1
(например, k
1
= 3), как показано на
рис.9.23. (k = 0 – центральное темное кольцо). То же измерение
проделать для темного кольца с номером k
2
. Полученные результаты
занести в табл. 9.3 (1 измерение).
6. Повернуть пластинку с линзой на 90 и повторить измерения по
п.5.
2
2
Рис. 9.23
127
Таблица 9.3
Темные кольца
Номера
2 (дел)
(дел)
R
1
колец 1 измер. 2 измер. 1 измер. 2 измер. дел.
см
см
k
1
=
k
2
=
7. Найти средние значения радиусов обоих темных колец
в
делениях шкалы. Рассчитать в сантиметрах с учетом цены деления
шкалы окуляра а
0
:
0
a
.)
дел
(
)
см
(
.
8. По формуле (9.37) определить радиус кривизны линзы R
1
,
подставляя средние значения радиусов колец.
9. Аналогичные измерения и расчеты проделать для двух светлых
колец, занося их в табл.9.4, и подсчитать R
2
.
Таблица 9.4
Светлые кольца
Номера
2 (дел)
(дел)
R
2
колец 1 измер. 2 измер. 1 измер. 2 измер. дел
см
см
k
1
=
k
2
=
10. Определить среднеарифметическое значение R для темных и
светлых колец
2
R
R
R
2
1
.
11. Отключить установку от сети.
Контрольные вопросы
1. Вывести формулы для определения радиусов темных и светлых
колец.
2. Получить формулу для определения радиуса кривизны линзы.
3. Как в работе производится калибровка окулярной шкалы
микроскопа?
128
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 111(к)
Изучение явления интерференции
Цель работы: исследование с помощью компьютерной модели
явления интерференции в опыте Юнга и в кольцах Ньютона.
Методика измерений
В данной работе рассматриваются: опыт Юнга, заключающийся в
интерференции двух когерентных волн от параллельных щелей; и
интерференция
на
воздушном
клине
между
линзой
и
плоскопараллельной пластинкой, результатом которой является
получение так называемых колец Ньютона.
Опыт Юнга
Интерференционная схема Юнга заключается в следующем (см.
рис. 9.24). Параллельный пучок света освещает диафрагму с двумя
параллельными щелями S
1
и S
2
, расстояние между которыми равно l
(щели расположены перпендикулярно к плоскости рисунка). От
щелей S
1
и S
2
исходят расходящиеся пучки света, которые,
накладываясь, образуют на экране интерференционную картину в
виде чередующихся светлых и темных полос, параллельных щелям.
На рисунке также обозначены: х
k
– расстояние от центра экрана до
максимума k–го порядка и L – расстояние от щелей до экрана.
Определение координат максимумов и минимумов интерференции,
а также ширины полосы х (например, расстояния между соседними
светлыми полосами) сводится к определению из схемы опыта
оптической разности хода и использования условий максимума и
минимума света (9.7) и (9.8).
Экран
Рис. 9.24
L
0
x
k
X
d
2
d
1
S
2
S
1
l
129
Согласно определению (9.2), оптическую разность хода двух волн
можно представить в виде
1
2
d
d
(9.39)
Из геометрии рис.9.24 следует
2
k
2
2
2
2
k
2
2
1
2
x
L
d
;
2
x
L
d
l
l
.
(9.40)
Вычитая эти уравнения, получаем
l
k
2
1
2
2
x
2
d
d
.
(9.41)
Поскольку l << L, можно считать
L
2
)
d
d
(
1
2
. Тогда выражение
(9.41) с учетом (9.39) можно представить в виде
l
k
x
2
L
2
,
откуда получаем формулу для оптической разности хода волн
L
x
k
l
.
(9.42)
Учитывая условие максимума света (9.7)
k
,
находим координаты максимумов в опыте Юнга
l
L
k
x
k
.
(9.43)
Из (9.43) получаем выражение для ширины интерференционной
полосы х
l
l
L
]
k
)
1
k
[(
L
x
x
x
k
1
k
.
(9.44)
Для центрального максимума
(в точке О на рис.9.25) можно
записать
L
2
L
2
tg
l
l
,
т.к. угол мал вследствие того,
что l << L.
Тогда формулу (9.44) можно
представить в следующем виде:
1
x
. (9.45)
Следовательно, если экспериментально получить и построить
зависимость ширины полосы х от величины (1/ ), то по угловому
коэффициенту этого графика можно определить длину волны света .
2
Экран
Рис. 9.25
L
О
S
2
S
1
l
130
Кольца Ньютона
Различают два случая интерференции света в тонких пленках:
а) полосы равного наклона возникают при падении рассеянного
света на пленку постоянной толщины,
б) полосы равной толщины возникают при падении направленного
пучка света на пленку переменной толщины.
Одним из примеров полос равной толщины являются кольца
Ньютона. Рассмотрим это явление подробнее.
Если плосковыпуклую линзу с большим радиусом кривизны
положить
выпуклой
стороной
на
блестящую
поверхность
плоскопараллельной стеклянной пластинки и осветить параллельным
пучком монохроматического света (рис.9.26), то луч 2, отраженный от
нижней поверхности линзы, будет интерферировать с лучом 1,
отраженным от поверхности пластинки, образуя линии 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
2
d
2
.
(9.46)
Для темных колец, учитывая условие минимума (9.8)
2
)
1
k
2
(
можно получить
2
)
1
k
2
(
2
d
2
или
2
k
d
.
(9.47)
Здесь k – порядковый номер кольца (k = 0 соответствует
центральному темному пятну).
Выразим d через радиус кольца Ньютона r и радиус линзы R.
d
1,2
Рис. 9.26
Воздушный клин с
переменным углом
2
1