Лабораторная установка

Установка для наблюдения колец Ньютона (рис. 5) состоит из микроскопа Д с окулярной шкалой, цена деления которой равна 0,04 мм, и приспособления для наблюдения предметов в отраженном свете. Свет от электролампочки S, пройдя линзу L₁ и светофильтр СФ, попадает на полупрозрачную плоскопараллельную пластин­ку М. Отражаясь от нее, свет попадает на систему из линзы L и пластинки E, дающей кольца Ньютона. Последние рассматриваются через микроскоп.

Пользуясь формулой (5), можно определить длину волны света, однако надо знать, что расчет по этой формуле не дает достаточно хорошего результата. Дело в том, что на поверхности стекла всегда имеются пылинки, могут быть какие-либо неровности и поэтому невозможно добиться идеального соприкоснове­ния линзы с пластиной. Вследствие этого возникает добавочная разность хода и условие образования темных колец примет другой вид.

Чтобы исключить эту добавочную разность хода, нужно рассмотреть m-ое и n-ое кольцо. Для каждого из них можно записать

где δ – дополнительная разность хода, которую невозможно измерить. Вычитая одно равенство из другого, исключаем неизвестную величину δ; откуда

(6)

В нашей установке применяется красный светофильтр, поэтому задача заключается в нахождении длины волны красного света.

Выполнение работы

Перед началом измерений необходимо получить четкую картину колец Ньютона. Положив на предметный столик линзу с пластиной в оправе, находят в поле зрения микроскопа кольца и, осторожно перемещая оправу, располагают их так, чтобы окулярная шкала проходила по диаметру колец.

Измерить нужно диаметры 4–5 хорошо видимых колец и по формуле (5) не меньше пяти раз, найти длину волны света, комбинируя между собой различные значения радиусов колец. Из полученных значений λ находят среднее.

Радиус кривизны линзы (если он не задан) определяют при помощи оптичес­кого сферометра. Инструкция по работе со сферометром прилагается к лаборатор­ной установке.

Принцип действия сферометра изображен на рис. 6. На упоры, располо­жен­ные в горизонтальной плоскости по окружности радиусом r, кладут плоское стекло (рис. 6). Заметив с помощью микроскопа со спиральным окулярным микрометром положение стержня С, упирающегося в стекло снизу, пластинку убирают и кладут на упоры линзу (рис. 6).

По смещению h острия стержня, можно определить R+ρ. Действительно, геометрические соотношения на рис. 6 полностью совпадают с соотношениями на рис. 2 (обозначения те же). Поэтому из формулы (3) имеем

Поскольку упоры выполнены в виде шариков, то в окончательной форме следует учесть их радиус:

где r и ρ – известные параметры, которые указаны в паспорте сферометра.

Контрольные вопросы

1. Что называется интерференцией волн?

2. Какие лучи света называются когерентными и как их получить?

3. Как получаются кольца Ньютона и почему они относятся к типу интерференционных линий равной толщины?

4. Где плотнее расположены кольца Ньютона в центре или на периферии и почему?

5. Какова картина колец Ньютона, если систему «линза-пластина» осветить белым светом?

6. Вывести формулу для определения длины волны света по кольцам Ньютона.