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

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


4 чел. помогло.
Смотрите также:
Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости методом отрыва кольца методические...
Определение скорости снаряда методом крутильных колебаний Методические указания к лабораторной...
Изучение законов колебательного движения с помощью физического маятника методические указания к...
Исследование собственных колебаний струны методом резонанса Методические указания к лабораторной...
Определение вязкости воздуха...
Определение момента сил трения и момента инерции махового колеса...
Лабораторная работа №8...
Измерение удельного сопротивления проводника методом вольтметра-амперметра Методические указания...
Методические указания к лабораторной работе №76 по физике для студентов всех специальностей и...
Методические указания к лабораторной работе №12 по физике для студентов всех специальностей и...
Методические указания к лабораторной работе №93 по физике для студентов всех форм обучения...
Методические указания к выполнению лабораторных работ по физике (раздел «Оптика») Волгоград 2007...





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 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 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.

  1. Диаметр колец Ньютона (в ) определяется по формуле:

.

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

  2. Найти среднее значение радиуса кривизны линзы.

  3. Результаты эксперимента занести в таблицу 1.

Таблица 1.


Но-мера колец










кра-

сный




















































%

1































2













3



















4













5



















6













Ср


































  1. 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



  1. Савельев И.В. Курс общей физики (т.3). М.: Наука, СПб.: Лань, 2006.

  2. Трофимова Т.И. Курс физики. М.: Высш. шк., 2004.

  3. Справочное руководство по физике. Ч.2. Колебания, волны, оптика, атомная и ядерная физика: Учеб.-метод. пособие.- Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2009.

  4. 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.





Скачать 134.06 Kb.
оставить комментарий
Дата25.09.2011
Размер134.06 Kb.
ТипМетодические указания, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

плохо
  3
не очень плохо
  2
средне
  1
хорошо
  2
отлично
  2
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Документы

Рейтинг@Mail.ru
наверх