Лабораторная работа №3. Описание установки. Методические указания

 

Лабораторная работа №3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАДИУСА КРИВИЗНЫ ЛИНЗЫ И ДЛИНЫ СВЕТОВОЙ ВОЛНЫ С ПОМОЩЬЮ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫХ КОЛЕЦ НЬЮТОНА

Цель работы: Изучить явление интерференции в тонких прозрачных изотропных пластинках на примере полос равной толщины(колец Ньютона).

Цель эксперимента: Определить с помощью колец Ньютона радиус кривизны линзы и длину световой волны синего света.

Приборы и принадлежности: плоскопараллельная темная стеклянная пластинка с линзой (в оправе), измерительный микроскоп, осветитель, красный и синий светофильтры, линейка.

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

Лабораторная установка для наблюдения колец Ньютона в отраженном свете (рис.1) состоит из отсчетного микроскопа 1, системы «линза-пластина» в оправе 2, которая закреплена на подставке, позволяющей наклонять систему по отношению к плоскости предметного столика микроскопа и осветителя 3, в держатель 4 которого вставляются светофильтры.

Кольца наблюдаются в микроскоп, а их размеры определяют с помощью окулярной сетки микроскопа, цена деления которого находится экспериментально при помощи наблюдения в микроскоп миллиметровой шкалы линейки.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Интерференцией световых волн называется явление перераспределения освещенности, вследствие наложения когерентных волн, при котором происходит устойчивое во времени их взаимное усиление в одних точках пространства и ослабление в других, в зависимости от разности фаз этих волн. Явление интерференции свойственно всем волнам независимо от их природы (например, звуковые волны в воздухе, волны на поверхности воды).

Два источника волн называются когерентными, если волны, излучаемые этими источниками, имеют одинаковую частоту и не изменяющуюся разность фаз, в течение длительного времени. Волны, излучаемые этими источниками, называются когерентными волнами.

Однако в природе даже от двух одинаковых источников световые волны некогерентны, так как начальные фазы световых волн, излучаемых различными атомами даже одного источника света, хаотически изменяются во времени. Поэтому для получения когерентных волн пользуются только одним источником, разделяя каким-либо способом, излучаемый им свет, на два пучка (в силу «разделения» они и становятся когерентными), а затем налагая (сводя вместе) эти пучки. По сути, различные виды интерференции – это различные способы получения когерентных волн.

Результат интерференции (максимумы и минимумы освещённости) зависит от разности фаз налагающихся волн, которая определяется оптической разностью хода Δ интерферирующих пучков света:

,

где n ₁ и n ₂ – показатели преломления сред, в которых пучки света прошли расстояния S ₁ и S ₂, соответственно.

Одним из способов получения когерентных волн является отражение света от достаточно тонких плёнок (наблюдаются радужные полосы на мыльных пузырях, пленках масла или бензина, плавающих на поверхности воды и пр.). Возникающие при этих условиях интерференционные картины называют полосами равной толщины, поскольку оптическая разность хода пучков света, отраженных от поверхностей, ограничивающих пленку, зависит от ее толщины. Классическим примером такого рода интерференции являются кольца Ньютона. Они наблюдается при отражении света от поверхностей раздела тонкого клинообразного слоя воздуха между выпуклой поверхностью линзы малой кривизны и плоской поверхностью хорошо отполированной пластинки, с которой соприкасается плосковыпуклая линза (верхний рисунок на рис. 2).

При освещении монохроматическим светом, падающим нормально к поверхности этой системы, волны, отраженные от верхней и нижней границ воздушного клина, налагаются друг на друга, создавая интерференционную картину, в центре которой тёмное пятно, окруженное рядом концентрических светлых и темных колец убывающей ширины (нижний рисунок на рис. 2). Интерференционная картина называется «Кольца Ньютона в отражённом свете». Цвет колец соответствует длине волны падающего монохроматического света. При освещении белым светом каждое кольцо становится радужным, т.е. представляет собой систему колец всевозможных цветов от красного до фиолетового. Если эти радужные кольца рассматривать через светофильтр, то получается картина аналогичная той, которая имеет место при освещении монохроматическим светом, пропускаемым данным светофильтром. Поэтому светофильтр может быть помещен либо в осветителе, либо на окуляре микроскопа, с помощью которого наблюдается интерференционная картина.