Лабораторна робота № 19

Тема: Визначення довжини світлової хвилі за допомогою кілець Ньютона.

Мета роботи: Використовуючи установку для спостереження кілець Ньютона, визначити довжини світлових хвиль у видимому діапазоні. Установити залежність радіусів кілець від радіуса кривизни лінзи.

Прилади та обладнання: скляна пластинка, лінза, джерело світла.

Теоретичні відомості

І нтерференцією називають явище перерозподілу енергії в просторі, що виникає за певних умов у результаті додавання когерентних хвиль. Когерентними називаються хвилі однакової частоти, різниця фаз яких не залежить від часу. Перше експериментальне спостереження інтерференції світла в лабораторних умовах належить И. Ньютону. Він спостерігав інтерференційну картину, що виникає при відбиванні світла в тонкому повітряному прошарку між плоскою скляною пластиною і плоско-опуклою лінзою великого радіуса кривизни. Інтерференційна картина мала вигляд концентричних кілець, що одержали назву кілець Ньютона. В експерименті Ньютона при нормальному падінні хвилі на плоску поверхню лінзи різниця ходу променів приблизно дорівнює подвоєній товщині 2h повітряного проміжку між лінзою і площиною. Для випадку, коли радіус кривизни R лінзи великий у порівнянні з h, можна приблизно вважати:

де r – зсув точки проходження променя через лінзу від осі симетрії. При написанні виразу для різниці ходу променів варто також врахувати, що хвилі 1 і 2 відбивають при різних умовах. Перша хвиля відбивається від границі скло-повітря, а друга – від границі повітря-скло. В другому випадку відбувається зміна фази коливань відбитої хвилі на π, що еквівалентно збільшенню різниці ходу на /2. Тому

При r = 0, тобто в центрі (точка дотику) Δ = λ/2, тому в центрі кілець Ньютона завжди спостерігається інтерференційний мінімум – темна пляма. Радіуси r_m наступних темних кілець визначаються виразом

(1)

Ця формула дозволяє експериментально визначити довжину хвилі світла λ, якщо відомо радіус кривизни R лінзи.

Виконання роботи.

Вибрати радіуса кривизни відповідно до номера групи.

Таблиця 1.

Варіант	1	2	3	4	5	6
R, см.	200	190	180	170	160	150

Завдання 1. Установити залежність радіуса першого кільця Ньютона від довжини світлової хвилі. Відомо, що діапазон довжин хвиль видимого світла лежить у межах від 380 нм (фіолетовий колір) до 760 нм (червоний колір). Збільшуючи довжину хвилі від 380 нм на 80 нм, розрахувати значення радіуса першого темного кільця Ньютона. Результати занести в таблицю 2, розрахунки зробити по формулі (1):

Таблиця 2.

, *10–9 м	380	460	540	620	700
r1, мм

Завдання 2. Установити залежність радіуса першого кільця Ньютона від радіуса кривизни лінзи. Використовуючи значення довжини світлової хвилі , з таблиці 3, яка відповідає вашому варіанту, розрахувати з формулою (1) радіуси першого кільця Ньютона для лінз з радіусами кривизни указаними в таблиці 4. Результати розрахунків занести в таблицю 4.

За результатами розрахунків побудувати графіки залежності радіуса кільця Ньютона від довжини світлової хвилі та від радіуса кривизни лінзи та зробити висновки.

Таблиця 3.

Варіант	1	2	3	4	5	6
λ, см.	664	600	588	530	433	380

Таблиця 4

R, см	50	100	150	200
rm, мм