ЧФ ПНИПУ. Лабораторные работы по физике

Министерство образования и науки российской федерации

Чайковский филиал

федерального государственного бюджетного

образовательного учреждения высшего профессионального образования

"Пермский национальный исследовательский политехнический университет"

(ЧФ ПНИПУ)

Кафедра гуманитарных и естественнонаучных дисциплин

Лаборатория физики

Оптика

Лабораторная работа № 3

"Определение длины волны света с помощью колец Ньютона"

2011

Цель работы: пронаблюдать на опыте интерференцию света в тонкой пленке (в воздушном слое между линзой и пластинкой) в виде колец Ньютона и определить длину волны света с помощью колец Ньютона.

Приборы и принадлежности: плосковыпуклая линза, поставленная выпуклой стороной на плоскопараллельную пластину и закрепленная на ней; микроскоп; источник света; линейка с миллиметровой шкалой.

Примечание: теория метода и описание установки приводятся в работе № 2.

1. Определение цены деления окулярной шкалы.

1.1. Включить неоновую лампочку в сеть 220В.

1.2. Часть линейки с миллиметровыми делениями подвести под микроскоп и навести резкость. При этом в поле зрения должны быть видны две соседние риски, т.е. один миллиметр линейки.

1.3. Подсчитать число делений N (больших или малых) окулярной шкалы, уложившихся между левыми краями изображения рисок, а затем между правыми. Помещая в поле зрения соседние миллиметры линейки, проделать то же самое.

1.4. Рассчитать среднее значение <N> и среднюю цену деления для окулярной шкалы <>=1/<N> в миллиметрах на деление (большое или малое).

1.5. Определить относительную погрешность  предварительно установить связь  с относительной погрешностью N/<N> на основании формулы относительной погрешности при косвенных измерениях (см. теорию погрешностей). N найти по формуле:

,

при  = … (выбирается экспериментатором).

1.6. Найти абсолютную погрешность  и записать результат измерения  в виде доверительного интервала. Результаты измерений и вычислений занести в табл. 1.

Таблица 1

№ измерения	Ni	(Ni-<N>)	(Ni-<N>)2	Результаты вычислений
1 2 3 …				N  N   NN
Сумма				
Среднее значение

2. Определение длины волны света.

Диаметр кольца Ньютона можно непосредственно измерить в делениях окулярной шкалы. Умножая этот результат на величину , выраженную в мм/дел., получим диаметр в миллиметрах. Тогда на основании формулы длина волны света равна

, (3.1)

Радиус линзы в мм приведен в табл. 2, номер линзы указан на держателе линзы.

В целях упрощения расчетов величину обозначим через Т.

Тогда . (3.2)

Таблица 2

Номер линзы	R, мм при =0,95	Номер линзы	R, мм при =0,95
1	982	4	763
2	641	5	1101
3	1073	6	743

3. Выполнение работы.

3.1. Подвести кольца Ньютона под объектив микроскопа и "поймать" их в окуляр. Для этого следует перемещать пластинку с линзой в горизонтальных направлениях, а тубус микроскопа – вверх и вниз.

Чтобы свет от лампочки попадал в микроскоп после отражения от границ воздушного слоя между линзой и пластинкой, последние расположены наклонно к оси микроскопа. В результате этого кольца Ньютона видны в виде эллипсов. Понятно, что истинному диаметру кольца соответствует большая ось эллипса, вдоль которой и следует расположить окулярную шкалу.

3.2. Произвести отсчеты х₁ и х₂ положений диаметрально противоположных точек середин темных (светлых) колец Ньютона, вычислить диаметры колец и их квадраты.

3.3. Выбрать номера колец i и т, наиболее далекие друг от друга (для избежания больших погрешностей), рассчитать для каждой пары и Т.

3.4. По формуле (3.2) определить <>.

3.5. Подсчитать абсолютную погрешность:

где Т найти по формуле, аналогичной формуле

.

3.6. Результаты измерений и вычислений занести в табл. 3. Записать окончательный результат в виде доверительного интервала с указанием надежности и относительной погрешности.

Таблица 3

Номер кольца	х1	х2			i – m		Т	T – <T>	(T –<T>)2
1 2 3 …
Сумма
Среднее значение

Контрольные вопросы

1. Явление интерференции света.

2. Когерентность.

3. Оптическая длина пути и оптическая разность хода.

4. Условия максимумов и минимумов при интерференции.

5. Явления, происходящие при отражении от среды оптически более плотной (менее плотной).

6. Линии равной толщины. Кольца Ньютона.

7. Вывод расчетной формулы.

8. Ход эксперимента по определению радиуса кривизны линзы или длины волны света с помощью колец Ньютона.

9. Вычисление погрешностей измерений.

Литература

1. Савельев И.В. Курс общей физики: учеб. пособие в 5-ти кн. - М.: ООО Изд-во «Астрель»; ООО «Изд-во АСТ», 2002.

2. Трофимова Т.И. Курс физики: учеб. пособие.-7-е изд., стер. - М.: Высшая школа, 2003.

3. Ремизов А.Н. Курс физики: учебник для вузов. - М.: Дрофа, 2002.

4. Костко О.К. Физика для строительных и архитектурных вузов: учеб. пособие. - Ростов н/Д.: Феникс, 2004.

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Оптика. Лабораторная работа № 3 стр. 4