Обробка результатів експерименту та їх аналіз. 1. За формулою (7) обчислити довжину хвилі λ

 

1. За формулою (7) обчислити довжину хвилі λ.

2. Результати обчислень занести в таблицю.

3. Обчислити похибки вимірювань λ і занести їх в таблицю.

Контрольні запитання для допуску

До виконання лабораторної роботи

1. Мета роботи.

2. Як побудована біпризма Френеля? Як за допомогою біпризми Френеля з одного точкового джерела світла можна одержати два когерентних джерела?

3. Як можна одержати геометричну різницю ходу двох променів в системі біпризма Френеля?

4. Що таке інтерференція світла? Запишіть та поясніть умови максимуму і мінімуму інтерференції світла?

5. Наведіть приклади одержання когерентних джерел світла. Як були отримані когерентні джерелі світла в даній роботі?

6. Яке практичне використання має явище інтерференції світла?

 

Контрольні запитання для захисту лабораторної роботи

1. Запишіть і поясніть кінцеву формулу для визначення довжини світлової хвилі.

2. Як практично знаходиться відстань між інтерференційними мінімумами в цій роботі?

3. Як була виміряна відстань між уявними когерентними джерелами S₁ і S₂?

4. Як можна оцінити похибки вимірювань в даній лабораторній роботі?

 

Лабораторна робота № 5.5

Визначення довжини світлової

Хвилі за допомогою кілець Ньютона

 

Мета роботи: вивчити явище інтерференції світла на прикладі кілець Ньютона; освоїти методику вимірювання довжини світлових хвиль за допомогою цього методу.

Прилади і матеріали: установка для спостерігання кілець Ньютона, що складена на базі інструментального мікроскопа, джерело світла, світлофільтр.

Теоретичні відомості

 

Кільця Ньютона мають форму кільцевих інтерференційних смуг, що виникають у повітряному шарі між плосковипуклою лінзою великого радіуса і плоскою скляною пластинкою. Якщо освітити систему монохроматичним світлом, світлові хвилі, що відбиваються від верхньої та нижньої границь повітряного шару, є когерентними. Внаслідок їх інтерференції на поверхні шару у відбитому світлі спостерігається ряд світлих і темних кілець з центром у точці дотику лінзи і скляної пластинки (рис. 1).

Рис. 1

 

При спостереженні кілець Ньютона у відбитому світлі центральна пляма буде темною, тому що в цьому випадку геометрична різниця ходу променів дорівнює нулю і втрачається півхвилі при відбитті від плоскої скляної пластинки. У світлі, що проходить, завжди виникає інтерференційна картина, що доповнює ту, яка з'являється у відбитому світлі.

 

Рис. 2

 

При освітленні системи білим світлом спостерігаються райдужні кільця Ньютона. Різниця ходу променів, що утворюють k -те темне кільце Ньютона, дорівнює подвоєній товщині повітряного шару плюс (при відбитті світла від скляної пластинки фаза хвилі змінюється на ):

(1)

Умова мінімуму .

 

Таким чином, умова виникнення темних кілець Ньютона виражається рівнянням:

. (2)

 

Виразимо d_k через радіус кривизни R лінзи і радіус темного кільця r_k. З ∆ ВОА маємо

, (3)

або

.

 

Якщо R >> d, то

. (4)

 

Зіставивши (2) і (4), одержимо

 

(5)

 

Однак формула (5) не може бути використана для визначення довжини хвилі. Це пояснюється тим, що між лінзою і скляною пластинкою в дійсності є незначний проміжок товщиною α, який практично неможливо виміряти. Внаслідок цього виникає додаткова різниця ходу променів 2α.

Тому умова виникнення темних кілець, приймає вигляд:

 

,

або

.

 

Підставивши вираз, що одержали в (4), знайдемо

 

. (6)

 

Хоч величину α неможливо виміряти безпосередньо, її можна виключити таким чином. Радіус m- го темного кільця Ньютона відповідно (6) дорівнює

. (7)

 

Віднімемо від виразу (7) вираз (6):

 

.

 

Звідси

,

або

. (8)

 

Отже, знаючи радіус кривизни лінзи і радіуси r_m і r_k темних інтерференційних кілець, можна обчислити довжину світлової хвилі λ.

Схема установки зображена на рис. 3.

S – джерело світла,

K – монохроматичний світлофільтр, що пропускає світло, довжина якого вимірюється,

L₁ – лінза, що направляє світло на напівпрозору пластинку M,

E – скляна пластинка,

L – плоско-випукла лінза,

D – мікроскоп.

Хід роботи

 

1. Ввімкнути джерело світла. Одержати в полі зору окуляра мікроскопа чіт­ке зображення інтерференційної картини.

2. Пересуваючи столик за допомогою мікрометричного пристрою, сумістити центр інтерференційної картини з візирною міткою окуляра.

3. Виміряти діаметри відповідно 5, 7 і 11 темних кілець. Вимірювання повторити 3 рази для кожного з кілець по взаємо перпендикулярних нап­рямках.

4. Результати вимірювання записати в таблицю.