1.3. Порядок виконання роботи.

1. Викручують мікрометричний гвинт М до відказу.

2. При допомозі гвинта G одержують найбільш чітке зображення нижнього штриха, а потім злегка опускають тубус мікроскопа тим же гвинтом.

3. Обертаючи мікрометричний гвинт М в протилежну сторону, фокусують нижній штрих і роблять відлік. При цьому, якщо проти покажчика головки гвинта М стоїть число поділок n₁ , в таблицю записують p- n₁ , де p- загальне число поділок на головці гвинта.

4. Продовжуючи повертати гвинт у ту ж сторону, фокусують верхній штрих. При цьому відраховують число повних обертів гвинта m і число поділок n₂ від останнього переходу через нуль до положення максимальної чіткості зображення верхнього штриха.

5. Вираховують уявну товщину d за формулою: d =α[(p-n₁)+mp+ n₂], де α=0.002 мм, тобто поворот гвинта М на одну поділку його головки зміщує тубус по вертикалі на 0.002 мм.

6. Мікрометром виміряють дійсну товщину пластинки d .

7. Товщини d і d₁ виміряють по 3 рази і знаходять середнє значення d_cр і d_1ср, а також Δd_cp і Δd_1cp, за формулою n= визначають показник заломлення скла.

8. Вираховують абсолютну та відносну похибки.

;

9. Записують кінцевий результат n =n Δn

Результати вимірювань записують в таблицю 1.1

Мікрометр: Р= Мікроскоп: Р=

α= α=

Таблиця 1.1.

№ п/п	d	Δd	p-n1	m	n2	d1	Δd1	n
1
2
3
Ср. Знач.

Контрольні запитання

1.Що називається абсолютним показником заломлення світла в речовині?

2.Вивести розрахункову формулу для показника заломлення.

3.Нарисувати оптичну схему мікроскопа.

4.Як встановлюється у вимірювальному мікроскопі предмет і як фокусується його зображення?

5.Який порядок виконання роботи? Як роблять відліки за допомогою гвинтів для грубої і точної наводки?

Лабораторна робота № 2 визначення довжини світлової хвилі за допомогою кілець ньютона

Мета роботи - визначити експериментально довжину світлової хвилі. Прилади та приладдя: джерело світла, прилад для спостереження кі­лець Ньютона, об'єктив, оптична лава, набір світлофільтрів, вимірювач, екран, плоске дзеркало на штативі.

2.1. Основні розрахункові формули

Якщо на тонку плоскопаралельну пластинку товщиною d, з показ­ником заломлення n падає пучок монохроматичних і когерентних променів світла з довжиною хвилі  ( рис. 2.1 ) під кутом i, в результаті ін­терференції пластинка може бути забарвлена променями даного світла або залишитись темною.

Рис. 2.1.

Нехай на пластинку Q падає паралель­ний пучок променів. Виділимо із цього пучка які-небудь два промені 1 і 2. Із рис. 2.1 видно, що з точки D ці промені йдуть разом (1^/ і 2^/ -відбиті, 1^// і 2^// - прохідні), але з деякою різницею ходу  . В оптиці необхідно враховувати не геометричний, а оптичний шлях світла, а він дорівнює геометричному шляху, помноженому на показник заломлення середовища, в яко­му розповсюджується промінь. Тоді для першого променя оптична довжина шляху до точки D дорівнює (АС + СD)n, а для другого променя – BDn₀ де n₀ - показник заломлення для повітря. Оскільки для повітря n₀ = 1, в подальшому ми його враховувати не будемо.

Виходячи з цього, оптична різниця ходу для прохідних променів 1^// і 2^//

Шляхом нескладних обчислень одержимо

, (2.1)

де  -кут заломлення променів у пластинці.

Якщо на різниці ходу  укладається парне число півхвиль або ціле число хвиль, то промені 1 і 2 підсилюють один одного ( максимум інтер­ференції), тобто

, (2.2)

де k=0,1,2,3…

Якщо ж на різниці ходу вкладається непарне число півхвиль, то промені ослаблюють один одного ( мінімум інтерференції ).

, (2.3)

де k=0,1,2,3,…

Для відбитих променів умовою максимуму буде (2.3), а мінімуму – (2.2). Це пов’язано з тим, що при відбитті другого променя в точці D він втрачає половину довжини хвилі (відбиття відбувається від більш густого середовища).

Якщо пластинка не плоскопаралельна, а має вигляд тонкого клину, то при переході від однієї товщини клину до другої максимуми інтерференції будуть змінюватися мінімумами, тобто буде спостерігатися чергування темних і світлих смуг (рис. 2.2). Інтерференційна картина від клину змінної товщини вперше була вивчена Ньютоном. Цю картину він спостерігав при пропусканні світла через плоскоопуклу лінзу L, що лежить на плоскопаралеьній пластині Q (рис. 2.3).

Рис. 2.2.

Рис. 2.3.

Тоді між пластинкою і лінзою утворюється повітряний клин змінної товщини d, в якому і спостерігається інтерференція у вигляді чергування темних і світлих кілець. Ці кільця називаються кільцями Ньютона. Кожному світлому або темному кільцю відповідає одна і та ж товщина d повітряного клину. В точці А лінза L торкається пластинки Q. Тому при спостереженні інтерференції в прохідному світлі промені проходять це місце як однорідне середовище без відбиття, і тоді центральна пляма виглядає світлою. У відбитому світлі вона буде темною. Від центральної плями йде чергування темних і світлих кілець. Чим далі від центра, тим більша товщина d повітряного клину. Тоді перехід від одного кільця до другого відбувається при малому куті падіння, і в результаті кільця розташовані густіше. При подальшому зростанні товщини d клину максимуми інтерференції настільки близько розташовуються один до одного, що вся картина виявляється змазаною і кільця зникають.

Радіус будь-якого k-го кільця r_k = BD залежить як від радіуса кривизни лінзи R=OA (або OC), так і від довжини хвилі .

Уявимо собі сферу радіусом R, частину якої складає лінза L. Тоді кут ADC, що опирається на діаметр, рівний 90⁰, по відомій теоремі з геометрії:

або , (2.4)

де d – товщина пвітряного клину в відповідній точці, що розглядається. Оскільки , то з достатньою точністю можна вважати, що . Тоді

. (2.5)

Із виразу ( 2.1) маємо .

Підставляючи це значення в формулу (2.5), одержуємо

або .

При нормальному падінні променів і наявності повітрянного клину

, , тоді (2.6)

Якщо , де k – порядок кільця, тоді одержимо

(2.7)

Вираз (2.7) являє собою радіус k – го світлого кільця в прохідному світлі і темного - у відбитому світлі.

Якщо , то , (2.8)

де - радіус k – го темного кільця в прохідному світлі або світлого у відбитому світлі.

До цього моменту мова йшла про спостереження кільця в монохроматичному світлі. При білому світлі кільц Ньютона одержуються кольорові, тому що біле світло є складним, і для кожної довжини хвилі буде свій радіус кільця.

Як видно з формул (2.7) і (2.8), кільця Ньютона можна застосовувати для визначення довжини хвилі монохроматичного світла і радіуса кривизни лінзи.

В даній роботі визначається довжина хвиль монохроматичного світла при спостереженні темних кілець Ньютона у відбитому світлі. Промені світла падають нормально на прилад для одержання кілець Ньютона.