Методичні вказівки щодо виконання лабораторної роботи з навчальної дисципліни \" фізика \" \"визначення радіуса кривини лінзи за кільцями ньютона\" icon

Методичні вказівки щодо виконання лабораторної роботи з навчальної дисципліни " фізика " "визначення радіуса кривини лінзи за кільцями ньютона"




Скачати 101.83 Kb.
НазваМетодичні вказівки щодо виконання лабораторної роботи з навчальної дисципліни " фізика " "визначення радіуса кривини лінзи за кільцями ньютона"
Дата27.09.2012
Розмір101.83 Kb.
ТипМетодичні вказівки

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

КРЕМЕНЧУЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМЕНІ МИХАЙЛА ОСТРОГРАДСЬКОГО





МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

ЩОДО ВИКОНАННЯ ЛАБОРАТОРНОЇ РОБОТИ

З НАВЧАЛЬНОЇ ДИСЦИПЛІНИ “ФІЗИКА

“ВИЗНАЧЕННЯ РАДІУСА КРИВИНИ ЛІНЗИ ЗА КІЛЬЦЯМИ НЬЮТОНА”

(РОЗДІЛ “ХВИЛЬОВА ОПТИКА”)

ДЛЯ СТУДЕНТІВ ТЕХНІЧНИХ СПЕЦІАЛЬНОСТЕЙ

ДЕННОЇ ТА ЗАОЧНОЇ ФОРМ НАВЧАННЯ





КРЕМНЧУК 2011

Методичні вказівки щодо виконання лабораторної роботи з навчальної дисципліни “Фізика” “Визначення радіуса кривини лінзи за кільцями Ньютона” (розділ “Хвильова оптика”) для студентів технічних спеціальностей денної та заочної форм навчання.


Укладач: асистент Журав В.В.


Рецензент:


Кафедра фізики


Затверджено методичною радою КНУ імені Михайла Остроградського

Протокол №____ від «____» ____________ 2011р.


Заступник голови методичної ради ______________ доц. С.А. Сергієнко

^ ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 3-1

ВИЗНАЧЕННЯ РАДІУСА КРИВИНИ ЛІНЗИ ЗА КІЛЬЦЯМИ НЬЮТОНА

Тема роботи: Інтерференція світла.

Мета роботи: Вивчення інтерференції світла, спостереження кілець Ньютона й вимірювання їхніх радіусів, розрахунок радіуса кривини лінзи за інтерференційною картиною.

Технічне обладнання

Бінокулярний стереоскопічний мікроскоп МБС-9, освітлювальна лампа із джерелом живлення, опукла скляна лінза, скляна пластинка, м'які серветки.

Загальні вказівки

Інтерференція світла – це накладання двох або більше когерентних світлових хвиль, в результаті чого відбувається перерозподіл інтенсивності світла.

Світлові хвилі когерентні, якщо їхні довжини хвиль однакові (монохроматичність) і вектори напруженостей електричних полів хвиль мають однакову просторову орієнтацію (просторова поляризованість). У результаті накладання когерентних світлових хвиль відбувається перерозподіл їхньої енергії. У точках інтерференційної картини, де хвилі мають однакові фази, відбувається підсилення світла (інтерференційні максимуми); у точках інтерференційної картини, де хвилі мають протилежні фази, відбувається часткове або повне послаблення світла (інтерференційні мінімуми).

Нехай дві світлові хвилі з амплітудами Е01 і Е02 інтерферують у деякій точці середовища з показником заломлення n. Рівняння світлових хвиль

, ,

де k0 = 2π/λ – хвильове число. Різниця фаз Δφ і оптична різниця ходу Δ світлових хвиль становлять

, .

Для інтерференційних максимумів

, , ,

де k = 0, 1, 2, 3, 4, ... – цілі числа, Ер – результуюча амплітуда.

Для інтерференційних мінімумів

, , .

У природі не існує когерентних джерел світла, тому що елементарні випромінювачі світлових хвиль (атоми й молекули) рухаються хаотично, і просторова орієнтація їх з часом змінюється. Для отримання когерентних світлових пучків до 60-х років XX століття застосовували такі оптичні системи: щілини Юнга, дзеркала Френеля, біпризми Френеля та ін. У цих системах світловий пучок розділяється на два пучки, які проходять різні оптичні шляхи й потім інтерферують. Недосконалість традиційних методів полягає в тому, що складові світлового пучка залишаються когерентними тільки протягом тривалості життя атома в збудженому стані, тобто при оптичних різницях ходу порядку довжини світлової хвилі. Тепер для одержання когерентних світлових пучків, крім традиційних оптичних систем, застосовують лазерні випромінювачі. Світлові хвилі, які випускає лазерний випромінювач, строго монохроматичні, їхні електричні поля мають однакову просторову орієнтацію.

Одним з об'єктів, в яких відбувається інтерференція світла, є тонка прозора плівка. Інтерференційна картина у відбитому від плівки світлі виникає внаслідок накладання світлових пучків, відбитих на межах плівки з оточуючим її середовищем. Якщо показник заломлення плівки n > 1, а показник заломлення середовища, яке оточує плівку, дорівнює 1 (вакуум, повітря), то оптична різниця ходу світлових пучків, відбитих на межах плівки з урахуванням зміни фази при відбитті, становить

, (1)

де d – товщина плівки, i – кут падіння світла.


Метод вимірювання

Оптичну схему лабораторної установки для одержання кілець Ньютона показано на рис. 1.

В


Рис. 1
ипукла поверхня скляної лінзи й скляна пластинка дотикаються в точці О. Між опуклою поверхнею лінзи й поверхнею пластинки утворюється повітряний клин. Якщо на лінзу падає плоска світлова монохроматична хвиля довжиною λ, то її промені зазнають відбивання на випуклій поверхні лінзи (для одного із променів у точці А) і на поверхні пластинки (для того ж променя в точці В). Оптична різниця ходу інтерферуючих у відбитому світлі хвиль згідно з (1) становить

, (2)

де d = АВ – товщина повітряного клина. Якщо для даних значень d і λ Δ = k λ, то на відстані r від точки О в площині, паралельній поверхні пластинки, спостерігається інтерференційний максимум (світле кільце Ньютона); якщо Δ = (2k + 1) λ/2 – інтерференційний мінімум (темне кільце Ньютона). Інтерференційна картина схематично показана на рис. 2. Радіуси кілець Ньютона можна визначити з наступних міркувань. Оскільки радіус кривини лінзи R >> d , то фігуру ОВАС можна розглядати як прямокутний трикутник,

, .

Беручи до уваги рівність (2), одержимо

.


Для світлих кілець Ньютона у відбитому світлі

і ; (3)

для темних кілець Ньютона у відбитому світлі

і , (4)

де k = 1, 2, 3, 4, ... – порядкові номери кілець (рис.2). У центрі інтерференційної картини спостерігається нульовий мінімум. Інтерференційна картина спостерігається також у пройденому світлі, причому радіуси темних кілець визначаються за формулою (3), а радіуси світлих кілець – за формулою (4). Формули (3) і (4) дозволяють розрахувати радіус кривини лінзи R при вимірюванні радіусів кілець Ньютона з високим ступенем точності. Таке вимірювання в умовах навчальної лабораторії утруднено, бо дрібні частинки пилу на пластинці й лінзі в місці їхнього контакту зміщують оптичний контакт О лінзи й пластинки з головної оптичної осі лінзи (рис. 1). Похибку вимірювання радіуса кривини лінзи можна зменшити, якщо визначити його із системи рівнянь (4) для двох темних кілець із порядковими номерами m і k:

, , . (5)

Формула (5) дає можливість обчислити значення R, усереднене тільки по двох вимірюваннях. Одержати його можна за результатами вимірювання радіусів довільного числа кілець Ньютона шляхом графічної обробки результатів вимірів. Для цього будують графік залежності від номерів кілець k (рис. 3). Отриману залежність апроксимують прямою лінією, вибирають на прямій лінії точки С1 і С2, і координати цих точок підставляють у формулу

. (6)

Відносна похибка визначення радіуса кривини

. (7)

Абсолютні похибки становлять:

Δr = 0,025 мм,

Δλ = 0,5 нм.

Спостереження кілець Ньютона й вимірювання їхніх радіусів проводиться за допомогою бінокулярного стереоскопічного мікроскопа МБС-9 (рис. 4). Одна з бінокулярних трубок мікроскопа замінена насадкою 2 із ламповим освітлювачем 1. Спостереження кілець Ньютона ведеться у відбитому світлі. Промінь світла від освітлювача проходить через червоний світлофільтр (λ = 690 нм) і за допомогою оптичних елементів направляється на досліджувану лінзу 5, що має оптичний контакт із пластинкою 6. Відбиті промені через систему оптичних елементів попадають в окуляр 3. В окуляр вмонтована вимірювальна шкала. Чіткість зображення поля зору досягається обертанням маховичка 4. Для вимірювання лінійних розмірів кілець Ньютона досить підрахувати число поділок шкали, що укладаються на діаметрі кільця, і поділити його на коефіцієнт збільшення, при якому здійснюється вимірювання. Отриманий результат дорівнює діаметру кільця в міліметрах.

Виконання роботи

  1. Помістити на предметний столик 7 мікроскопа ретельно протерту серветкою скляну пластинку 6. Включити джерело живлення освітлювача.

  2. Обертанням діоптрійного кільця 8 домогтися чіткого зображення шкали мікроскопа.

  3. Поворотом маховичка 4 фокусування мікроскопа одержати чітке зображення поверхні скляної пластинки.

  4. Покласти досліджувану лінзу 5 на скляну пластинку таким чином, щоб головна оптична вісь лінзи співпадала з оптичною віссю мікроскопа. Співпадання осей досягається переміщенням лінзи й пластинки по предметному столику 7 мікроскопа. У полі зору повинні з'явитися світлі й темні кільця Ньютона.

  5. Переміщенням пластинки 6 з лінзою сумістити діаметри кілець Ньютона зі шкалою мікроскопа, як це показано на рис. 2.

  6. Зробити відлік координат точок перетину темних кілець Ньютона з горизонтальною шкалою x1 – зліва і x2 - справа (як мінімум для 5 кілець); результати вимірювання занести до таблиці.

  7. За координатами x1 і x2 визначити діаметри D кілець Ньютона (D = x2 - x1), в поділках шкали, радіуси кілець Ньютона rk, і виразити їх у метрах.

  8. Побудувати графік залежності від k, визначити із графіка радіус кривини лінзи за формулою (6).

  9. Визначити відносну похибку вимірювання за формулою (7).

  10. Результати вимірювань і розрахунків занести до табл. 1.

Таблиця 1

k

x, в поділках шкали

D, поділок шкали

rk, м

r2k, м2

R, м

E, %

зліва

справа

































































































Зміст звіту: назва і номер лабораторної роботи, оптична схема установки, графік залежності від k, розрахункові формули, таблиця результатів вимірювань і розрахунків.

Контрольні питання

  1. Що називають інтерференцією світла?

  2. Дайте пояснення поняття «когерентні світлові хвилі».

  3. Що називають інтерференційними максимумами й мінімумами?

  4. Що називають оптичною різницею ходу світлових хвиль? При якій оптичній різниці ходу світлових хвиль утворяться інтерференційні максимуми й мінімуми?

  5. У чому сутність традиційних методів одержання когерентних світлових пучків? Поясніть ці методи.

  6. У чому особливість світлових хвиль, одержуваних від лазерних випромінювачів?

  7. Поясніть хід світлових променів і утворення інтерференційної картини в тонкій плівці.

  8. Запишіть і поясніть формулу оптичної різниці ходу в тонких плівках.

  9. У яких випадках при розрахунку оптичної різниці ходу в тонких плівках варто додавати (або віднімати) λ/2?

  10. Поясніть хід променів в оптичній системі, яка застосовується для спостереження кілець Ньютона.

  11. Виведіть формули радіусів світлих і темних кілець Ньютона у відбитому світлі.

  12. У чому сутність і необхідність графічного методу визначення радіуса кривини лінзи за результатами вимірювання радіусів кілець Ньютона?

Література: [1, т.3, § 5.1-5.2; 2, т.2, § 119-122; 3, с. 244-225].


^ СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

  1. Детлаф А.А. и др. Курс физики. - М.: Высш.шк., 1972, - Т.3.

  2. Савельев И.В. Курс общей физики. - М.: Наука, 1972. - Т.2.

  3. Физический энциклопедический словарь. - М.: Сов.энцикло­педия, 1983.

Зайдель А.Н. и др. Таблицы спектральных линий. - М.: Наука, 1962.

Методичні вказівки щодо виконання лабораторної роботи з навчальної дисципліни “Фізика” “Визначення радіуса кривини лінзи за кільцями Ньютона” (розділ “Хвильова оптика”) для студентів технічних спеціальностей денної та заочної форм навчання.


Укладач: асистент Журав В.В.


Відповідальний за випуск зав. кафедри фізики О.І.Єлізаров


Підп. до др._____________. Формат 60×84 1/16. Папір тип. Друк ризографія.

Ум. друк. арк. _________. Наклад________прим. Зам. №_____. Безкоштовно.


Видавничий відділ

Кременчуцького національного університету

імені Михайла Остроградського

вул. Першотравнева, 20, м. Кременчук, 39600

Схожі:

Методичні вказівки щодо виконання лабораторної роботи з навчальної дисципліни \" фізика \" \"визначення радіуса кривини лінзи за кільцями ньютона\" iconМетодичні вказівки щодо виконання лабораторної роботи з навчальної дисципліни " фізика " " визначення роботи виходу електрона"
Методичні вказівки щодо виконання лабораторної роботи з навчальної дисципліни “Фізика” “Визначення роботи виходу електрона” ( розділ...
Методичні вказівки щодо виконання лабораторної роботи з навчальної дисципліни \" фізика \" \"визначення радіуса кривини лінзи за кільцями ньютона\" iconМетодичні вказівки щодо виконання лабораторної роботи з навчальної дисципліни " фізика " "визначення показника заломлення рідини рефрактометром"
Методичні вказівки щодо виконання лабораторної роботи з навчальної дисципліни “Фізика” “Визначення показника заломлення рідини рефрактометром”...
Методичні вказівки щодо виконання лабораторної роботи з навчальної дисципліни \" фізика \" \"визначення радіуса кривини лінзи за кільцями ньютона\" iconМетодичні вказівки щодо виконання лабораторної роботи з навчальної дисципліни " фізика " "визначення ємності конденсатора мостовою схемою"
Методичні вказівки щодо виконання лабораторної роботи з навчальної дисципліни “Фізика “ “Визначення ємності конденсатора мостовою...
Методичні вказівки щодо виконання лабораторної роботи з навчальної дисципліни \" фізика \" \"визначення радіуса кривини лінзи за кільцями ньютона\" iconМетодичні вказівки щодо виконання лабораторної роботи з навчальної дисципліни " фізика " "визначення кута повороту площини поляризації світла"
Методичні вказівки щодо виконання лабораторної роботи з навчальної дисципліни “Фізика” “Визначення кута повороту площини поляризації...
Методичні вказівки щодо виконання лабораторної роботи з навчальної дисципліни \" фізика \" \"визначення радіуса кривини лінзи за кільцями ньютона\" iconМетодичні вказівки щодо виконання лабораторної роботи з навчальної дисципліни " фізика " "вивчення електричних властивостей сегнетоелектриків"
Методичні вказівки щодо виконання лабораторної роботи з навчальної дисципліни “Фізика” “Вивчення електричних властивостей сегнетоелектриків...
Методичні вказівки щодо виконання лабораторної роботи з навчальної дисципліни \" фізика \" \"визначення радіуса кривини лінзи за кільцями ньютона\" iconМетодичні вказівки щодо виконання лабораторної роботи з навчальної дисципліни " фізика " "вивчення магнітних властивостей феромагнетиків"
Методичні вказівки щодо виконання лабораторної роботи з навчальної дисципліни “Фізика” “Вивчення магнітних властивостей феромагнетиків”...
Методичні вказівки щодо виконання лабораторної роботи з навчальної дисципліни \" фізика \" \"визначення радіуса кривини лінзи за кільцями ньютона\" iconМетодичні вказівки щодо виконання лабораторної роботи з навчальної дисципліни " фізика " " дослідження дифракції світла на вузькій щілині "
Методичні вказівки щодо виконання лабораторної роботи з навчальної дисципліни “Фізика” “Дослідження дифракції світла на вузькій щілині”...
Методичні вказівки щодо виконання лабораторної роботи з навчальної дисципліни \" фізика \" \"визначення радіуса кривини лінзи за кільцями ньютона\" iconМетодичні вказівки щодо виконання лабораторної роботи з навчальної дисципліни " фізика " "дослідження електростатичних полів методом зонда"
Методичні вказівки щодо виконання лабораторної роботи з навчальної дисципліни “Фізика” “Дослідження електростатичних полів методом...
Методичні вказівки щодо виконання лабораторної роботи з навчальної дисципліни \" фізика \" \"визначення радіуса кривини лінзи за кільцями ньютона\" iconЛабораторна робота №27 Визначення радіуса кривизни лінзи допомогою кілець Ньютона
Експериментально визначити радіус кривизни плоскоопуклої лінзи, використовуючи інтерференційну картину у вигляді кілець Ньютона
Методичні вказівки щодо виконання лабораторної роботи з навчальної дисципліни \" фізика \" \"визначення радіуса кривини лінзи за кільцями ньютона\" iconМетодичні вказівки щодо виконання лабораторної роботи з навчальної дисципліни " фізика " "дослідження дисперсії світла у склі за допомогою гоніометра"
Методичні вказівки щодо виконання лабораторної роботи з навчальної дисципліни “Фізика” “Дослідження дисперсії світла у склі за допомогою...
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи