Порядок выполнения работы

Данная работа проводится на лабораторной установке РМС4.

1. Собрать модель астрономической зрительной трубы (рис. 3.23.1), расположив объектив и окуляр на расстоянии, равном сумме фокальных расстояний в соответствующих использованных линзах (фокусные расстояния предполагаются известными).

2. Падающий на систему линз пучок лучей должен быть параллельным, что достигается установкой дополнительной линзы (с известным фокусным расстоянием) между осветителем и системой линз на расстояние от осветителя равным ее фокусному расстоянию.

3. Измерить расстояние между светодиодами осветителя (линейный размер предмета) d₁ и расстояние между освещенными точками на экране (линейный размер изображения) d₂ (рис. 3.23.5).

4. Повторить измерения, собрав модель зрительной трубы из набора линз с другими фокусными расстояниями.

5. Собрать модель галилеевой зрительной трубы (рис. 3.232).

6. Измерить расстояние между освещенными точками на экране (линейный размер изображения) d₂ (рис. 3.23.6).

7. Повторить аналогичные измерения для линз с другими фокусными расстояниями.

Рис. 3.23.5. К расчету увеличения астрономической зрительной трубы.

Рис. 3.23.6. К расчету увеличения галилеевой трубы.

Обработка результатов

1. По формуле (3.23.5) рассчитать увеличение астрономической и галилеевой зрительных труб Г, используя измеренные значения размеров предмета d₂, изображения d₁ и фокусных расстояний объектива f₁ и окуляра f₂:

(3.23.5)

Сравнить рассчитанные двумя способами значения линейного увеличения оптического прибора.

2. По формуле (3.23.4) рассчитать линейное увеличение микроскопа.

Контрольные вопросы

1. Как идут лучи в астрономической зрительной трубе?

2. Как идут лучи в галилеевой зрительной трубе?

3. Каков ход лучей в микроскопе?

4. Как рассчитать увеличение микроскопа?

Литература

1. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. Учеб пособие для втузов. – М: Высш. Шк., 1989. – 608 с.

2. Савельев И.В. Курс общей физики. Т.2.Учеб. пособие для студентов втузов. – М.: КНОРУС, 2009, 576 с.

3. Трофимова Т.И. Курс физики. Учеб. пособие для вузов.- 15-е изд., стереотип. – М.: Издательский центр «Академия», 2007. –560 с.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3.24

ИЗМЕРЕНИЕ УГЛА КЛИНА ПО ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЙ

КАРТИНЕ ПОЛОС РАВНОЙ ТОЛЩИНЫ

Цель работы: измерение угла воздушного клина в зазоре между стеклянными пластинками по интерференционной картине полос равной толщины.

Теоретические положения

Интерференция в воздушном зазоре. Полосы равной

толщины

При наблюдении интерференции монохроматического света длиной волны λ, прошедшего тонкий воздушный зазор между двумя плоскопараллельными пластинками (рис. 3.24.1),

Рис. 3.24.1.

оптическая разность хода интерферирующих лучей О и О' находится в виде:

∆s = (AD + DC) – n∙BC + λ, (3.24.1)

где d – толщина зазора, n – показатель преломления пластин, φ – угол падения лучей на границу стекло-воздух, φ₁ -угол преломления.

Дополнительная разность хода λ обусловлена отражениями от оптически более плотной среды в точках С и D (при углах φ_1, меньших угла Брюстера, на каждом отражении происходит сдвиг на вследствие изменения фазы волны на π).

Получим выражения для отрезков AD, DC и BC:

(2)

(3.24.2)

ВС = АС · sin φ = 2d · tg φ₁ sin φ. (3.24.3)

Подставляя (3.24.2) и (3.24.3) в (3.24.1) и учитывая закон Снеллиуса n sin φ = п₁ sin φ₁, получим

∆s = 2d cos φ₁ + λ . (3.24.4)

Условия максимумов и минимумов для интерференционной картины, образуемой когерентными волнами, отраженными от обеих поверхностей в зазоре, имеют вид

(3.24.5)

Здесь k = 2m, где т – целое число, для минимумов, и k = = 2m + 1 для максимумов.

Если в пределах ширины светового пучка монохроматического света толщина зазора d неодинакова в разных местах, то в проходящем свете на поверхности пластины будут наблюдаться темные и светлые интерференционные полосы. Эти полосы называются полосами равной толщины, так как каждая из них проходит через точки с одинаковыми значениями d.

Примечание. Аналогичные полосы можно наблюдать также и в отраженном свете.

В белом свете наблюдается система цветных интерференционных полос равной толщины.

При интерференции на прозрачном клине полосы равной толщины будут параллельны ребру клина. Ширина интерференционной полосы В (расстояние между двумя соседними минимумами или максимумами) при углах падения близких к нулю (φ ≈ 0) находится в виде:

, (3.24.6)

где α – угол при вершине клина (α << 1 рад).