Реферат: Определение радиуса кривизны линзы с помощью колец ньютона методические указания к лабораторной работе №6 по физике (Раздел «Оптика») Ростов-на-Дону 2010 - Refy.ru - Сайт рефератов, докладов, сочинений, дипломных и курсовых работ

Определение радиуса кривизны линзы с помощью колец ньютона методические указания к лабораторной работе №6 по физике (Раздел «Оптика») Ростов-на-Дону 2010

Остальные рефераты » Определение радиуса кривизны линзы с помощью колец ньютона методические указания к лабораторной работе №6 по физике (Раздел «Оптика») Ростов-на-Дону 2010

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.

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 45є 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 измерений

ЗАДАНИЕ 1. Определение радиуса кривизны линзы


Установить по заданию преподавателя длину тубуса .

Определить цену деления микроскопа (с) по длине тубуса и по таблице перевода, представленной на рабочем столе.

Установить на пути лучей светофильтр с известной длиной волны по заданию преподавателя (например, красный).

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.

Диаметр колец Ньютона (в ) определяется по формуле:

.

Вычислить по формуле (6) радиус кривизны линзы три раза (для разных сочетаний и ).

Найти среднее значение радиуса кривизны линзы.

Результаты эксперимента занести в таблицу 1.

Таблица 1.


Но-мера колец




кра-

сный

















%

1











2



3





4



5





6



Ср










Вычислить абсолютную () и относительную () погрешности по формулам:

; .

Окончательный результат записывается в виде:

.

ЗАДАНИЕ 2. Определение длины световой волны


Установить на пути лучей светофильтр с неизвестной длиной волны (например, зелёный).

Занести в таблицу 2 среднее значение радиуса кривизны линзы, полученного в задании 1.

Повторить пункты (2 -5) задания 1 для данного светофильтра.

Вычислить по формуле (7) длину волны три раза (для разных сочетаний и ).

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

Что называется интерференцией света?

Почему интерференция считается одним из основных доказательств волновой природы света?

Почему интерференционная картина в белом свете имеет радужную окраску?

Что такое оптическая разность хода лучей?

Какие лучи называются когерентными?

Условия максимума и минимума при интерференции.

Способ получения интерференционной картины в виде колец Ньютона?

Как получаются кольца Ньютона?

Вывести радиусы тёмных колец в отражённом свете.

Вывести радиусы светлых колец в отражённом свете.

Чем отличаются кольца в отражённом и проходящем свете?

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


К работе с установкой допускаются лица, ознакомленные с её устройством и принципом действия.

Для предотвращения опрокидывания установки необходимо располагать её только на горизонтальной поверхности.

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.