3.Контрольные вопросы

1. Что называют волной? Уравнение плоской волны.

2. Что называют светом? Физическая природа света.

3. Что называют световым вектором? Почему?

4. В чем заключается явление интерференции? Условие образования интерференционного максимума и минимума.

5. Что называют оптической разностью хода двух волн?

6. Как получить четкую интерференционную картину?

7. Какие волны называют когерентными? Как получить два когерентных источника света?

8. В чем основные преимущества лазерного излучения?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8.3

Определение радиуса кривизны линзы с помощью колец ньютона

1.Вывод рабочих формул и описание установки

Цель работы: исследуя интерференционную картину, определить радиус кривизны линзы.

Приборы и принадлежности: источник света; интерференционные (узкополосные) светофильтры; плоскопараллельная стеклянная пластина; плосковыпуклая линза; измерительный микроскоп.

Пусть выпуклая поверхность линзы с большим радиусом кривизны R соприкасается в некоторой точке с плоской поверхностью хорошо отполированной пластинки так, что воздушная прослойка между ними постепенно утолщается от точки соприкосновения к краям (рис.1).

Если на такую систему вертикально сверху падает пучок монохроматического света, то световые волны, отраженные от нижней поверхности линзы и верхней поверхности пластин, будут интерферировать между собой (рис.2). При этом образуются интерференционные линии, имеющие форму концентрических светлых и темных колец убывающей ширины. При отражении от нижней пластинки, представляющей оптически более плотную среду, чем воздух, волны меняют фазу на противоположную, что эквивалентно уменьшению пути на .

В месте соприкосновения линзы с пластинкой остается тонкая воздушная прослойка, толщина которой значительно меньше длины волны. Поэтому разность хода между лучами, возникающими в этой точке, определяется лишь потерей полуволны при отражении от пластинки : ; следовательно, в центре интерференционной картины наблюдается темное пятно.

Так как между линзой и пластиной находится воздух (n=1), и пучок света падает нормально (i=0) к пластинке и практически к нижней поверхности линзы (кривизна линзы мала), то разность хода в этом случае: .

Условие образования минимума: ; максимума: .

Тогда условие возникновения темных колец будет выражено уравнением: .

Величина d может быть выражена через радиус кривизны линзы и радиус темного интерференционного кольца . Из рис.1 находим, что

, откуда: .

Если d мало по сравнению с R, то . В результате получим: .

Поскольку на поверхности даже очищенного стекла всегда присутствуют пылинки, то стеклянная линза не примыкает плотно к плоскопараллельной пластинке, а между ними имеется незначительный зазор величиной a. Из-за этого возникает дополнительная разность хода в 2a. Тогда условие образования темных колец примет вид:

или .

Подставляя значение d в уравнение для , получим: .

Величина a не может быть измерена непосредственно, но ее можно исключить следующим образом. Для кольца m:

.

Вычитая из второго уравнения первое получим:

, откуда: , или: .

Таким образом, зная длину световой волны и диаметры темных интерференционных колец, можно вычислить радиус кривизны линзы.

В данной работе линза и стеклянная пластинка соединены между собой с помощью специального держателя, позволяющего устанавливать их под объектив микроскопа. Интерференционная картина наблюдается в микроскоп.