Учебное пособие: Определение радиуса кривизны линзы с помощью колец ньютона методические указания к лабораторной работе №6 по физике (Раздел «Оптика») Ростов-на-Дону 2010
Название: Определение радиуса кривизны линзы с помощью колец ньютона методические указания к лабораторной работе №6 по физике (Раздел «Оптика») Ростов-на-Дону 2010 Раздел: Остальные рефераты Тип: учебное пособие | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра физики ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАДИУСА КРИВИЗНЫ ЛИНЗЫ С ПОМОЩЬЮ КОЛЕЦ НЬЮТОНА Методические указания к лабораторной работе № 6 по физике (Раздел «Оптика») Ростов-на-Дону 2010 Составители: С.И. Егорова, И.Н. Егоров, Г.Ф. Лемешко УДК 530.1 «Определение радиуса кривизны линзы с помощью колец Ньютона»: Метод. указания. - Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2010. - 10 с. Указания содержат краткое описание рабочей установки и методики определения радиуса кривизны линзы. Методические указания предназначены для студентов инженерных специальностей всех форм обучения в лабораторном практикуме по физике (раздел «Оптика»). Печатается по решению методической комиссии факультета «Нанотехнологии и композиционные материалы» Научный редактор проф., д.т.н. В.С. Кунаков © Издательский центр ДГТУ, 2010 Цель работы: 1. Определение радиуса кривизны линзы с помощью колец Ньютона. 2. Определение длины волны света по известному радиусу кривизны линзы. Оборудование: Микроскоп, осветитель, плосковыпуклая линза, плоскопараллельная пластинка, светофильтры. Теория метода
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 (рис. 1) толщина воздушной прослойки 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 (рис. 2) наблюдается темное пятно. Оптическая разность хода в отражённом свете при интерференции в тонких плёнках в случае нормального падения света: (1) Условие минимума при интерференции: , (2) где -порядок интерференционного минимума, - показатель преломления воздуха, - толщина воздушного зазора, - длина волны света в вакууме. Приравниваем (1) и (2): (3) Из прямоугольного треугольника ODC (рис. 1) по теореме Пифагора: Учитывая, что , т.к. получаем: , (4) где - радиус кривизны линзы. Подставляя (4) в (3), получаем: . Учитывая, что диаметр кольца , а , получаем формулу для расчёта радиуса кривизны линзы: , (5) где - номер кольца, - диаметр - го тёмного кольца. Для более точного результата необходимо сделать измерения двух колец и по разности их диаметров получить рабочую формулу для определения радиуса кривизны линзы: , (6) где и - номера колец. Из формулы (6) мы можем получить формулу для расчёта длины волны света по известному радиусу кривизны линзы: . (7) Описание экспериментальной установки Установка для наблюдения колец Ньютона и проведения измерений (рис.3) представляет собой микроскоп 1 . На предметный столик 2 микроскопа помещена система: плоско-выпуклая линза с плоско- параллельной пластинкой в оправе 3 . Свет от лампочки через линзу 4 параллельным пучком падает на монохроматический светофильтр 5 и полупрозрачную пластинку 6 , расположенную под углом 45º к лучам падающего света. Отражённый от пластинки 6 свет падает на систему линза-пластинка, после отражения от которых свет попадает в объектив микроскопа. Интерференционная картина рассматривается через окуляр микроскопа 7 . В поле зрения микроскопа наблюдатель будет видеть кольца Ньютона в увеличенном виде. Окуляр микроскопа снабжён окулярным микрометром (специальная шкала с перекрестием), с помощью которого измеряются радиусы (диаметры) колец Ньютона (рис. 2). Цена деления шкалы микрометра зависит от длины тубуса микроскопа 8 (таблица находится на рабочем столе). Перемещением тубуса 9 добиваются фокусировки микроскопа, т.е. резкого изображения колец Ньютона в фокальной плоскости окуляра. К лабораторной работе прилагается переводная таблица, в которой указано, какой линейной величине на объекте соответствует одно деление шкалы 8 окулярного микрометра. Порядок выполнения работы и обработка результатов измеренийЗАДАНИЕ 1. Определение радиуса кривизны линзы 1. Установить по заданию преподавателя длину тубуса . 2. Определить цену деления микроскопа (с ) по длине тубуса и по таблице перевода, представленной на рабочем столе. 3. Установить на пути лучей светофильтр с известной длиной волны по заданию преподавателя (например, красный). 4. Измерить по окулярному микрометру микроскопа диаметры нескольких колец Ньютона, начиная с первого (не менее пяти). Для этого для выбранного кольца отметить число делений на шкале слева () и справа () от центра. Разность между этими значениями даёт диаметр данного кольца (в делениях): -. Например, на рис. 2 для 5-го тёмного кольца =12 делений, а =48 делений. Следовательно, диаметр 5-го тёмного кольца равен 36 делений. 5. Диаметр колец Ньютона (в ) определяется по формуле: . 6. Вычислить по формуле (6) радиус кривизны линзы три раза (для разных сочетаний и ). 7. Найти среднее значение радиуса кривизны линзы. 8. Результаты эксперимента занести в таблицу 1. Таблица 1.
9. Вычислить абсолютную () и относительную () погрешности по формулам: ; . Окончательный результат записывается в виде: . ЗАДАНИЕ 2. Определение длины световой волны 1. Установить на пути лучей светофильтр с неизвестной длиной волны (например, зелёный). 2. Занести в таблицу 2 среднее значение радиуса кривизны линзы, полученного в задании 1 . 3. Повторить пункты (2 -5) задания 1 для данного светофильтра. 4. Вычислить по формуле (7) длину волны три раза (для разных сочетаний и ). 5. Найти среднее значение длины волны зелёного света. Результаты эксперимента занести в таблицу 2. Таблица 2.
6. Вычислить абсолютную () и относительную () погрешности по формулам: ; Окончательный результат записывается в виде: . Контрольные вопросы1. Что называется интерференцией света? 2. Почему интерференция считается одним из основных доказательств волновой природы света? 3. Почему интерференционная картина в белом свете имеет радужную окраску? 4. Что такое оптическая разность хода лучей? 5. Какие лучи называются когерентными? 6. Условия максимума и минимума при интерференции. 7. Способ получения интерференционной картины в виде колец Ньютона? 8. Как получаются кольца Ньютона? 9. Вывести радиусы тёмных колец в отражённом свете. 10. Вывести радиусы светлых колец в отражённом свете. 11. Чем отличаются кольца в отражённом и проходящем свете? 12. Перечислите известные вам применения интерференционных методов. Рекомендуемая литература
Техника безопасности 1. К работе с установкой допускаются лица, ознакомленные с её устройством и принципом действия. 2. Для предотвращения опрокидывания установки необходимо располагать её только на горизонтальной поверхности. 3. Не следует касаться пальцами поверхностей оптических деталей микроскопа. Составители: С.И. Егорова, И.Н. Егоров, Г.Ф. Лемешко ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАДИУСА КРИВИЗНЫ ЛИНЗЫ С ПОМОЩЬЮ КОЛЕЦ НЬЮТОНА Методические указания к лабораторной работе № 6 по физике (Раздел «Оптика») Методические указания к лабораторной работе по физике Редактор ЛР № от . В набор В печать . Объём усл. п.л., уч.-изд.л. Офсет. Формат 60х84/64. Бумага тип №3. Заказ № . Тираж .Цена «С». Отпечатано типографией ДГТУ Адрес университета и полиграфического предприятия: 344010, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина,1. |