Практическая часть. 2.1 Описание лабораторной установки

2.1 Описание лабораторной установки

Экспериментальная установка состоит из микроскопа, на предметном столике которого крепятся оптическая система, состоящая из стеклянной пластинки и прижатой к ней линзы. Оптическая схема установки представлена на рис. 4.6. Источником света служат светодиоды, обладающие квазимонохроматическим излучением.

Интерференционная картина наблюдается в поле зрения объектив-микрометра 8, при помощи которого измеряются диаметры интерференционных колец.

Рисунок 4.6 — Блок-схема лабораторной установки для изучения колец Ньютона 1 — источник питания блока светодиодов; 2 — блок светодиодов — источник квазимонохроматического излучения; 3, 7 — линзы; 4 — стеклянная плоскопараллельная пластинка; 5 — плосковыпуклая линза; 6 — светоделительное устройство; 8 — объектив-микрометр.

В поле зрения (рис. 4.7а) объектив-микрометра находятся 8 больших (основных) делений. Одному большому делению соответствует 100 малых делений, нанесенных на отсчетный барабан (рис. 4.7б).

Рисунок 4.7 — объектив-микрометр

При вращении барабана в поле зрения перемещается крестообразный указатель А и связанный с ним индекс Б в виде двух рисок, отмечающий количество больших делений. Для измерения линейных размеров предмета точку пересечения нитей крестообразного указателя А совмещают с краем изображения предмета и снимают отсчет, причем индекс Б в поле зрения показывает целые деления на основной шкале, а указатель на барабане — сотые. Затем переводят указатель А на второй край изображения предмета и снимают второй отсчет. Разность этих двух отсчетов, умноженная на цену деления основной шкалы, дает искомый размер предмета (в нашем случае диаметры колец). На рисунке 4.7 индекс стоит между 3 и 4, а на отсеченном барабане цифра 55. Следовательно, первый отсчет — 3,55. Пусть второй отсчет — 0,31. Тогда, если цена деления окулярного микрометра равна a мм/дел, диаметр измеряемого кольца d_m равен:

d _m = (3,55 — 0,31)×a = 3,24×a мм.

Целью данной работы является проверка формулы (4.12), определение длины волны l используемого света, и величины деформации D х.

Перед началом измерений диаметров колец d_m, перемещая тубус микроскопа, добивается четкой видимости периферийных колец интерференционной картины. (При изменении длины волны фокусировку нужно снова проверить). Затем устанавливают крестообразную метку А в центре поля зрения (это положение метки соответствует отсчету 4,00) и юстировочными винтами перемещают столик с линзой так, чтобы интерференционные кольца были симметрично расположены относительно метки.

При изменении метку А необходимо подводить в середину темного кольца. Удобнее измерить вначале правые координаты диаметров, причем начинать следует с большого кольца, а последующие измерения проделать перемещая метку А влево вплоть до левой координаты наибольшего измеряемого кольца.

2.2 Проведение измерений

1. Включить блок питания светодиодов;

2. Переводом тумблера в верхнее положение включить блок светодиодов и установить в рабочее положение светодиод, длина волны максимума излучения которого имеет наименьшее значение;

3. С помощью объектив-микрометра измерить диаметры тёмных колец Ньютона при освещении интерференционной картины излучением выбранного светодиода;

4. Провести аналогичные измерения для остальных светодиодов, результаты занести в таблицу 4.1;

5. По полученным данным построить графики зависимости d ²= f (m), где d — диаметры колец Ньютона, измеренные в делениях объектив-микрометра, m — порядковый номер кольца;

6. Используя построенные зависимости, определить длины волн, соответствующие максимумам излучения исследуемых светодиодов. Расчёт произвести по формуле:

, (4.16)

где a — постоянный множитель для данной установки, позволяющий перейти от размеров колец Ньютона, выраженных в делениях объектив-микрометра, к размерам в миллиметрах (a = 183×10^–3 мм/дел), R — радиус кривизны линзы (R =100 мм), m и n — порядковые номера колец Ньютона.

7. Величину деформации линзы определить по формуле:

(4.17)

Таблица 4.1 – Результаты измерений

Контрольные вопросы

1. В чем состоит и чем объясняется различие в кольцах Ньютона при наблюдении в отраженном и проходящем свете?

2. Дайте определение интерференции.

3. При каком условии будет наблюдаться интерференция света?

4. Каким будет вид колец Ньютона при наблюдении в белом свете?

5. Сформулируйте условие максимума и минимума при интерференции.

6. В чем различие между интерференционными полосами равного наклона и полосами равной толщины?

7. Как изменится вид колец Ньютона, если немного приподнять линзу над пластинкой? Совпадут ли в этом случае номер кольца и порядок интерференции?

8. Почему на переферии интерференционной картины кольца расположены гуще, чем в центре?

9. Объясните с помощью рисунка 4.5 различие в диаметрах колец с одним и тем же номером при освещении красным и фиолетовым светом.

10. Можно ли получить кольца Ньютона таких размеров, чтобы они наблюдались без микроскопа?

Лабораторная работа № 5