70к (лаба) (997507), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Поменять светофильтр и повторить измерения по п.п. 3,4.Записать измерения в табл.9.2.1236. Определить по оптической скамье L – расстояние между щелью 4и окулярным микрометром 7 (рис.9.17) и d – расстояние между щелью4 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 междуними 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 волныдля каждогосветофильтра.10. По формуле (9.30) найти преломляющий угол призмы .11. Отключить установку от сети.Контрольные вопросы1. Что такое бипризма Френеля? Какова ее роль в лабораторной работе?2. Как рассчитать ширину интерференционной полосы дляинтерференции от двух источников?3.
Для чего в данной работе между щелью и окулярныммикрометром помещается линза?ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 110Определение радиуса кривизны линзы спомощью колец НьютонаЦель работы: измеряя радиусы колец Ньютона при интерференциив отраженном свете, определить радиус кривизны линзы.Методика измеренийЕсли плоско–выпуклую линзу с большим радиусом кривизныположить выпуклой стороной на блестящую поверхностьплоскопараллельной стеклянной пластинки и осветить параллельнымпучком монохроматического света (рис.9.20), то луч 2, отраженный отнижней поверхности линзы, будет интерферировать с лучом 1,отраженным от поверхности пластинки, образуя кривые равнойтолщины – кольца Ньютона.Для слоя воздуха толщиной d оптическая разность хода припадении лучей под малым углом согласно формулам (9.9) и (9.10)запишется124121,2Воздушный клин спеременным угломdРис.
9.202d2.(9.31)Для светлых колец согласно (9.7)2d2k .(9.32)Для темных колец согласно (9.8)2d(2k 1) .(9.33)22Здесь k – порядковый номер кольца (k = 0 соответствуетцентральному темному пятну).В соответствии с рис.9.212R 2 (R d) 2 2Rd d 2RR–dТ.к. d <<R, то2(9.34)2Rd .Подставляя (9.34) в формулу (9.32)dдля радиусов светлых колец Ньютонаполучаем2Рис. 9.21(2k 1)R ,(9.35)k2а для радиусов темных колец по формуле (9.33)2kR .(9.36)kИзмерив, например, радиусы двух темных колец, достаточноудаленных от центрального темного пятна:2k1k1R ;2k22k12k2k 2R ,можно получитьR (k 2k1 )125и определить радиус линзыR(k2k 1 )( k 1(k 2k2k1 )).(9.37)Вычисление R по радиусам двух колец снижает погрешностьизмерения.Экспериментальная установкаДиаметр колец измеряют при помощи микроскопа (рис.9.22).4532S1Рис.
9.22На объективе микроскопа имеется насадка 3 со стекляннойпластинкой (под углом= 45 к оси микроскопа). Она направляетгоризонтальный пучок света от источника света 5 на столикмикроскопа, на котором на плоскопараллельной пластинке из черногостекла 1 находится плоско–выпуклая линза 2 большого радиуса кривизны.Для измерения диаметра колец следует определить цену деления а0на шкале окуляра.Пусть N делений масштабной линейки, рассматриваемой вмикроскоп, совпадают с N0 делениями окулярной шкалы.ТогдаNa N0a 0 ;Na0 a,(9.38)N0126Здесь а = 10–2 см – цена деления масштабной линейки.В качестве источника монохроматического света используется лампа скрасным светофильтром = Å (1 Å = 10–8 см).Порядок выполнения работыУпражнение 1Калибровка окулярной шкалы микроскопа1. Осветить предметный столик микроскопа.2. Поместить на столик микроскопа масштабную линейку, ценаделения которой а известна (а = 10–2 см).3.
Перемещением тубуса микроскопа добиться ясной видимостишкалы масштабной линейки.4. Вращением масштабной линейки добиться ее совмещения смасштабом окуляра. По формуле (9.38) рассчитать цену деления а0шкалы окуляра.5. Убрать масштабную линейку с предметного столика.Упражнение 2Определение радиуса кривизны линзы1. Поместить на столик микроскопа плоскопараллельную пластинкуиз черного стекла блестящей стороной вверх.2. Включить лампу.3. На пластинку поместить линзувыпуклой стороной вниз, стараясь, чтобыее ось совпала с осью объективамикроскопа.24. Перемещением тубуса микроскопадобиться видимости колец Ньютона вокуляремикроскопа.Аккуратнымперемещениемлинзыдобиться2совпадения центрального темного пятнаинтерференционной картины с центромРис. 9.23поля зрения микроскопа.5.
Измерить расстояние 2 междувнешним и внутренним краями достаточно удаленного от центратемного кольца с номером k1 (например, k1 = 3), как показано нарис.9.23. (k = 0 – центральное темное кольцо). То же измерениепроделать для темного кольца с номером k2. Полученные результатызанести в табл. 9.3 (1 измерение).6. Повернуть пластинку с линзой на 90 и повторить измерения поп.5.127Таблица 9.3Темные кольцаНомера2 (дел)колец 1 измер. 2 измер.k1 =k2 =(дел)1 измер. 2 измер.дел.смR1см7. Найти средние значения радиусов обоих темных колецвделениях шкалы. Рассчитатьв сантиметрах с учетом цены деленияшкалы окуляра а0:(см)(дел.) a 0 .8.
По формуле (9.37) определить радиус кривизны линзы R1,подставляя средние значения радиусов колец.9. Аналогичные измерения и расчеты проделать для двух светлыхколец, занося их в табл.9.4, и подсчитать R2.Таблица 9.4Светлые кольцаНомера2 (дел)колец 1 измер. 2 измер.k1 =k2 =(дел)1 измер. 2 измер.делсмR2см10. Определить среднеарифметическое значение R для темных исветлых колецR1 R 2R.211.
Отключить установку от сети.Контрольные вопросы1. Вывести формулы для определения радиусов темных и светлыхколец.2. Получить формулу для определения радиуса кривизны линзы.3. Как в работе производится калибровка окулярной шкалымикроскопа?128ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 111(к)Изучение явления интерференцииЦель работы: исследование с помощью компьютерной моделиявления интерференции в опыте Юнга и в кольцах Ньютона.Методика измеренийВ данной работе рассматриваются: опыт Юнга, заключающийся винтерференции двух когерентных волн от параллельных щелей; иинтерференциянавоздушномклинемеждулинзойиплоскопараллельной пластинкой, результатом которой являетсяполучение так называемых колец Ньютона.Опыт ЮнгаИнтерференционная схема Юнга заключается в следующем (см.рис. 9.24). Параллельный пучок света освещает диафрагму с двумяпараллельными щелями S1 и S2, расстояние между которыми равно l(щели расположены перпендикулярно к плоскости рисунка).
Отщелей S1 и S2 исходят расходящиеся пучки света, которые,накладываясь, образуют на экране интерференционную картину ввиде чередующихся светлых и темных полос, параллельных щелям.XS1d1xkd2l0S2ЭкранLРис. 9.24На рисунке также обозначены: хk – расстояние от центра экрана домаксимума k–го порядка и L – расстояние от щелей до экрана.Определение координат максимумов и минимумов интерференции,а также ширины полосы х (например, расстояния между соседнимисветлыми полосами) сводится к определению из схемы опытаоптической разности хода и использования условий максимума иминимума света (9.7) и (9.8).129Согласно определению (9.2), оптическую разность хода двух волнможно представить в виде(9.39)d 2 d1Из геометрии рис.9.24 следует2lLxk; d 222Вычитая эти уравнения, получаемd1222Lxkl22.(9.40)(9.41)d 22 d12 2x k l .Поскольку l << L, можно считать (d 2 d1 ) 2L .
Тогда выражение(9.41) с учетом (9.39) можно представить в виде2L 2x k l ,откуда получаем формулу для оптической разности хода волнx kl.(9.42)LУчитывая условие максимума света (9.7)k ,находим координаты максимумов в опыте Юнгаk L.(9.43)xklИз (9.43) получаем выражение для ширины интерференционнойполосы хLL. (9.44)x xk 1 xk[(k 1) k ]llДля центрального максимумаЭкран(в точке О на рис.9.25) можноSзаписать1l 2 l,tg2lL2 LОт.к. угол мал вследствие того,что l << L.Тогда формулу (9.44) можнопредставить в следующем виде:x1.S2LРис. 9.25(9.45)Следовательно, если экспериментально получить и построитьзависимость ширины полосы х от величины (1/ ), то по угловомукоэффициенту этого графика можно определить длину волны света .130Кольца НьютонаРазличают два случая интерференции света в тонких пленках:а) полосы равного наклона возникают при падении рассеянногосвета на пленку постоянной толщины,б) полосы равной толщины возникают при падении направленногопучка света на пленку переменной толщины.Одним из примеров полос равной толщины являются кольцаНьютона.
Рассмотрим это явление подробнее.Если плосковыпуклую линзу с большим радиусом кривизныположить выпуклой стороной на блестящую поверхностьплоскопараллельной стеклянной пластинки и осветить параллельнымпучком монохроматического света (рис.9.26), то луч 2, отраженный отнижней поверхности линзы, будет интерферировать с лучом 1,отраженным от поверхности пластинки, образуя линии равнойтолщины – кольца Ньютона.121,2Воздушный клин спеременным угломdРис. 9.26Для слоя воздуха толщиной d оптическая разность хода при падениилучей под малым углом согласно формулам (9.9) и (9.10) запишется2d.2Для темных колец, учитывая условие минимума (9.8)(2k 1)можно получить2d2(9.46)2(2k 1)2k.(9.47)2Здесь k – порядковый номер кольца (k = 0 соответствуетцентральному темному пятну).Выразим d через радиус кольца Ньютона r и радиус линзы R.илиd131В соответствии с рис.9.27 имеемr 2 R 2 (R d) 2 2Rd d 2RR–dТ.к.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
