- •Предисловие
- •Лабораторная работа № 1 Определение показателей преломления жидкостей и твердых тел
- •Измерения и обработка результатов
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2 Сферические линзы
- •Описание экспериментальной установки
- •Измерения и обработка результатов
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 3 Изучение микроскопа
- •Описание экспериментальной установки
- •Измерения и обработка результатов
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 4 Определение длины световой волны с помощью бипризмы Френеля
- •Описание экспериментальной установки
- •Измерения и обработка результатов
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 5 Кольца Ньютона
- •Описание экспериментальной установки
- •Измерения и обработка результатов
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 6 Интерферометр Линника
- •Измерения и обработка результатов
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 7 Дифракция света на круглом отверстии
- •Описание экспериментальной установки
- •Измерения и обработка результатов
- •Способ 1
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 8 Дифракционная решетка
- •Описание экспериментальной установки
- •Измерения и обработка результатов
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 9 Проверка закона Малюса. Определение концентрации раствора сахара в воде с помощью поляриметра
- •Описание экспериментальной установки
- •Измерения и обработка результатов
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 10 Изучение дисперсии света в стекле с помощью призмы
- •Описание экспериментальной установки
- •Измерения и обработка результатов
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 11 Определение постоянной Стефана–Больцмана
- •Описание экспериментальной установки
- •Измерения и обработка результатов
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 12 Изучение внешнего фотоэффекта
- •Измерения и обработка результатов
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 13 Спектры испускания и поглощения
- •Описание экспериментальной установки
- •Измерения и обработка результатов
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 14 Изучение спектра водорода
- •Описание экспериментальной установки
- •Измерения и обработка результатов
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 15 Изучение свойств радиоактивных излучений
- •Описание экспериментальной установки
- •Измерения и обработка результатов
- •Контрольные вопросы
- •Рекомендуемая литература
- •Табличные значения некоторых физических величин
- •Оглавление
- •Часть III
- •655017, Г. Абакан, пр. Ленина, 94
Контрольные вопросы
В чем состоит явление интерференции света, при каких условиях оно наблюдается?
Какие волны называются когерентными?
Что лежит в основе анализа явления интерференции света?
Можно ли получить интерференционную картину, используя в качестве источников света две одинаковые лампочки?
В чем состоит способ получения когерентных световых пучков? Как получают когерентные пучки при наблюдении интерференции с помощью бипризмы Френеля?
Сформулируйте условия возникновения максимумов и минимумов интенсивности света в интерференционной картине от двух источников.
Какой вид будет иметь интерференционная картина при освещении бипризмы белым светом?
Лабораторная работа № 5 Кольца Ньютона
Цель работы: наблюдение интерференционной картины колец Ньютона, экспериментальное определение радиуса кривизны линзы и длины световой волны.
Приборы и принадлежности: микроскоп МИ–1, система «линза-стеклянная пластинка» в оправе, осветитель ОИ-19, светофильтры.
Литература: [1], § 171 – 174; [2], § 53; [3], § 16 – 19; [4], § 10 – 11; [5], § 139 – 140.
В в е д е н и е*
К ольца Ньютона представляют собой интерференционную картину полос равной толщины, возникающей от воздушной прослойки между плоской стеклянной пластинкой и соприкасающейся с ней сферической линзой (рис.1). В этом случае геометрическим местом точек одинаковой толщины пленки является окружность, и поэтому соответствующие полосы равной толщины имеют вид концентрических окружностей с центром в точке соприкосновения линзы с пластинкой. Подобные полосы впервые наблюдались Гуком. Однако, вследствие того, что они были подробно изучены Ньютоном, их называют кольцами Ньютона.
Рис. 1
Кольца Ньютона можно наблюдать как в проходящем, так и в отраженном свете. Проведем расчет радиусов колец Ньютона, наблюдаемых в отраженном свете. В этом случае интерферировать будут лучи, отраженные от верхней и нижней границы воздушного зазора между линзой и пластинкой (лучи 1 и 2 на рис. 1).
Обычно лучи падают нормально к поверхности пластинки. Тогда, ввиду малой кривизны линзы, можно считать, что отражаются они также по нормали. В таком случае разность хода Δ лучей 1 и 2 на рис. 1 определяется удвоенной толщиной (d) воздушного зазора. Луч 2 отражается от оптически более плотной среды, фаза волны изменяется при этом на π, что эквивалентно дополнительной разности хода в половину длины волны. Таким образом,
Δ = 2d + (λ/2).
__________________
*См. также введение к лабораторной работе № 4.
Толщина воздушного зазора d зависит от расстояния r до точки соприкосновения линзы с пластинкой (рис. 2). Из треугольника АОС имеем:
r2 = R2 –(R–d)2 = 2Rd – d2.
Здесь R – радиус кривизны линзы, а λ – длина световой волны. С учетом неравенства R»d можно записать
r2 = 2Rd, или d = r2/2R.
В точках, для которых выполняется условие
,
Рис. 2
где k = 1, 2, 3,…, будут наблюдаться максимумы интенсивности отраженных лучей. Отсюда для радиуса светлого кольца с номером k имеем выражение:
. (1)
Наблюдению темных интерференционных колец соответствует условие Для радиуса темного кольца получим:
(2)
Измеряя радиусы колец при известной длине волны, можно по формулам (1) и (2) определить радиус кривизны линзы и обратно – по известному радиусу кривизны найти длину волны.
Отметим, что рассматриваемый метод наблюдения интерференции может быть применен для определения профилей и качества обработки поверхностей линз.
Формулы (1) и (2) справедливы, если в точке соприкосновения линза плотно прилегает к пластинке и их поверхности не деформированы. На практике, однако, добиться этого не удается, вследствие шероховатостей поверхностей, а также их деформаций. Как правило, преобладающим фактором является наличие деформаций линзы и пластинки в контактной области. В этом случае из оптической разности хода интерферирующих лучей следует вычесть удвоенную величину суммарной деформации t. В результате условие, определяющее радиус k-го темного кольца принимает вид:
(3)
Отсюда
(4)
Величина t не может быть измерена непосредственно, однако ее можно исключить. Для этого запишем выражение для квадрата радиуса темного кольца с номером m:
(5)
Вычитая из (5) выражение (4), получим
(6)
Отсюда
. (7)
Как правило, в ходе эксперимента измеряются не радиусы, а диаметры и интерференционных колец. В таком случае целесообразно использовать расчетную формулу для R в виде:
. (8)