| 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
Схема опыта для получения интерференции в виде колец Ньютона приведена на рис. 1. Плосковыпуклая линза большого радиуса кривизны  накладывается выпуклой стороной на плоскую стеклянную пластинку. Между соприкасающимися в точке А
поверхностями линзы и пластинки образуется клинообразный воздушный слой. Если на такую систему вертикально сверху падает пучок монохроматического света, то световые волны, отраженные от нижней поверхности линзы (луч 1) и верхней поверхности пластинки (луч 2), будут интерферировать между собой. При этом образуются интерференционные линии, имеющие форму концентрических светлых и темных колец (рис. 2).
 
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.
Забиваем Сайты В ТОП КУВАЛДОЙ - Уникальные возможности от SeoHammer
Каждая ссылка анализируется по трем пакетам оценки: SEO, Трафик и SMM.
SeoHammer делает продвижение сайта прозрачным и простым занятием.
Ссылки, вечные ссылки, статьи, упоминания, пресс-релизы - используйте по максимуму потенциал SeoHammer для продвижения вашего сайта.
Что умеет делать SeoHammer
— Продвижение в один клик, интеллектуальный подбор запросов, покупка самых лучших ссылок с высокой степенью качества у лучших бирж ссылок.
— Регулярная проверка качества ссылок по более чем 100 показателям и ежедневный пересчет показателей качества проекта.
— Все известные форматы ссылок: арендные ссылки, вечные ссылки, публикации (упоминания, мнения, отзывы, статьи, пресс-релизы).
— SeoHammer покажет, где рост или падение, а также запросы, на которые нужно обратить внимание.
SeoHammer еще предоставляет технологию Буст, она ускоряет продвижение в десятки раз,
а первые результаты появляются уже в течение первых 7 дней.
Зарегистрироваться и Начать продвижение
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.
Сервис онлайн-записи на собственном Telegram-боте
Попробуйте сервис онлайн-записи VisitTime на основе вашего собственного Telegram-бота:
— Разгрузит мастера, специалиста или компанию;
— Позволит гибко управлять расписанием и загрузкой;
— Разошлет оповещения о новых услугах или акциях;
— Позволит принять оплату на карту/кошелек/счет;
— Позволит записываться на групповые и персональные посещения;
— Поможет получить от клиента отзывы о визите к вам;
— Включает в себя сервис чаевых.
Для новых пользователей первый месяц бесплатно.
Зарегистрироваться в сервисе
Порядок выполнения работы и обработка результатов измерений
ЗАДАНИЕ 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.
| Но-мера колец
|
|
|
кра-
сный
|
|
|
|
|
|
|
|
| 
|
|
|
|
|
|
|
|
|
%
|
| 1
|
   
|
 
|
 
|
| 2
|
| 3
|
| 4
|
| 5
|
| 6
|
| Ср
|
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.
| Но-мера колец
|
|
|
|
|
|
|
Зелён
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
%
|
| 1
|
 
|
 
|
 
|
| 2
|
| 3
|
| 4
|
| 5
|
| 6
|
| Ср.
|
6. Вычислить абсолютную () и относительную () погрешности
по формулам:
 ; 
Окончательный результат записывается в виде:
 .
Контрольные вопросы
1. 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
- Савельев И.В. Курс общей физики (т.3). М.: Наука, СПб.: Лань, 2006.
- Трофимова Т.И. Курс физики. М.: Высш. шк., 2004.
- Справочное руководство по физике. Ч.2. Колебания, волны, оптика, атомная и ядерная физика: Учеб.-метод. пособие.- Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2009.
- Федосеев В.Б. Физика. Ростов н/Д: Феникс, 2009.
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.
|
