Лабораторная работа № 47 Определение длины световой

Лабораторная работа № 47
Определение длины световой волны при помощи интерференционных колец
Цель работы: изучение явления интерференции в тонких пленках неравной толщины и
определение длины световой волны λ по интерференционным кольцам Ньютона.
Методика эксперимента
Кольца Ньютона образуются при интерференции световых волн, отраженных от границ тонкой
воздушной прослойки, заключенной между выпуклой поверхностью линзы и плоской стеклянной
пластинкой (рис.1). Для освещения используется пучок монохроматических лучей, близкий к
параллельному и падающий перпендикулярно к поверхности пластинки. Наблюдение ведется в
отраженном свете. Геометрическая разность хода между интерферирующими лучами с учетом
дополнительного фазового сдвига на π при отражении световой волны на границе воздух-стекло равна

r2
  2b  , где b 
толщина воздушного зазора в данном месте.
2
2R
На рис. 2а представлены кольца Ньютона в отражённом свете, а на рис. 2в в проходящем. Линии
постоянной разности хода представляют собой концентрические кольца: с центром в точке
соприкосновения (А).
Используя условие интерференционного максимума   k , получим формулу для диаметра kтого светлого кольца:
Рис. 1
Рис. 2а
d  2 R (2k  1) ,
2
k
Рис. 2в
k=1,2,3, … .
(1)
Таким образом, измеряя dk при различных значениях k, можно при заданном радиусе линзы R
вычислить λ или по известной длине волны источника λ определить R.
Описание экспериментальной установки
Опыт выполняется с помощью измерительного микроскопа. На столике микроскопа помещается
линза так, чтобы она находилась как раз под объективом микроскопа. Столик микроскопа перемещается
в боковом направлении при помощи микрометрического винта с делениями через определённые доли
миллиметра. Между объективом и линзой при помощи двух передвижных конусов укрепляется рамка с
фильтром, располагающаяся так, чтобы свет, падающий на фильтр от осветителя, отражался стеклом
фильтра в направлении линзы.
Порядок выполнения работы
1.
Наблюдая в окуляр микроскопа, поворачивайте фильтр до тех пор, пока поле зрения
микроскопа не будет хорошо освещено.
1
2.
Перемещая трубу микроскопа, настройте его таким образом, чтобы хорошо были видны
кольца. Перекрестие линий в поле зрения микроскопа должно проходить через середину центрального
темного пятна. Если линза оказалась положенной неточно под объективом, то следует воспользоваться
микрометрическими винтами и переместить столик.
3.
Пользуясь микрометрическим винтом, переместите столик вправо и установите
перекрестие нитей на середину какого-либо достаточно удаленного от центра (например, десятого), но
еще отчетливо видного светлого кольца. Перемещая затем столик при помощи винта влево,
последовательно устанавливайте крест нитей на середины светлых полос и запишите соответствующие
показания микрометра – N1k, делений. После прохождения через центральное темное пятно
продолжайте измерения, записывая возрастающие номера колец и соответствующие показания
микрометра – N2k делений. Для устранения ошибок, возникающих из-за люфта в винте, крест нитей
всегда должен подводите к кольцу, с одной стороны. По разности показаний, микрометра определите
диаметры светлых колец Ньютона dk  c  N1k  N2k . Здесь c – постоянная микроскопа для перевода
делений в линейные единицы, мм/дел. Полученные результаты занесите в табл. 1.
k
N1k, дел.
N2k, дел.
dk, мм
dk2, мм2
1
2
3
4
5
6
Таблица 1
7
Обработка экспериментальных данных
Представим (1) в виде уравнения прямой линии y  A  Bx :
d k2  2 R  4 R  k ,
yd ;
где
2
k
xk;
(2)
B  4R
(3)
Постройте график зависимости dk2 от k. Дальнейшую обработку экспериментальных данных
проведите по указанию преподавателя.
а) Графический метод
1.
Из графика определите угловой коэффициент В.
2.
Вычислите среднее значение длины волны  
B
при R=1,5 м.
4R
б) Аналитический метод
1.
2.
3.
Методом наименьших квадратов вычислите B и SB.
B
Вычислите среднее значение длины волны  
при R=1,5 м.
4R
S
Результат представьте, в виде     B 
B
Контрольные вопросы
1.
Интерференция света. Какими свойствами должны обладать световые волны для
получения интерференционной картины?
2.
Что такое геометрическая и оптическая длины пути светового луча, что такое разность
хода волн?
2
3.
Геометрическая и оптическая длина пути светового луча. Что такое разность хода волн?
Какому условию должна удовлетворять разность хода для наблюдения интерференционного максимума
(минимума)?
4.
Какие вы знаете методы наблюдения интерференции света (зеркала Френеля, зеркало
Ллойда, бипризма Френеля, метод Юнга)? Охарактеризуйте их.
5.
Каковы закономерности интерференции света в тонких пленках? Что такое полосы
равного наклона и равной толщины, где они локализованы?
6.
Как определяются радиусы светлых и темных колец Ньютона при наблюдении в
отраженном свете?
3