Lucrarea de laborator №7
Măsurarea razei de curbură a cristalinului prin metoda
1. Obiectiv: determinarea razei de curbură a lentilei, observând interferența în lumina reflectată cu o lungime de undă dată.
2. Teoria muncii
Metoda se bazează pe utilizarea interferenței undelor luminoase coerente. Atunci când se suprapun undele coerente de lumină, fluxul luminos din spațiu este redistribuit, ca urmare a căruia, în unele locuri, apar vârfuri în celălalt - minime de intensitate. Acest fenomen se numește interferență de valuri.
model stabil de interferență între două valuri de lumină ale acelorași oscilații de frecvență observate numai în cazul în care aceste valuri sunt coerente, adică. E. La punctul de întâlnire aceiași vectori de lumină plan de oscilație ale ambelor valuri și diferența de fază dintre undele este constantă în timp. Sursele de lumină naturală nu sunt coerente, datorită faptului că radiația unui corp luminos este compusă din valuri emise de mai mulți atomi. Atomii individuali emite raze de valuri de durată
10-8 s și lungimea
3 m. Faza noii raze nu este în niciun fel legată de faza razei anterioare. În valul de lumină emis de corp, radiația unui grup de atomi după un timp
10-8 s este înlocuită cu radiațiile celuilalt grup, iar faza valului rezultat suferă modificări aleatorii.
Undele luminoase coerente pot fi obținute prin împărțirea unei valuri emise de o sursă în două părți. Dacă faceți aceste valuri să treacă prin diferite căi optice și apoi să le suprapuneți unul pe celălalt, se observă interferențe. Diferența dintre lungimile optice ale căilor traversate de undele de interferență nu ar trebui să fie foarte mare, deoarece oscilațiile pliabile trebuie să aparțină aceluiași fascicul de unde rezultant.
Rezultatul interferenței undelor luminoase este alternanța dintre maximele și minimele intensității valului rezultat. Maximele intensității valului rezultat se observă la un anumit punct din spațiu dacă diferența optică a căii de unde de la două surse coerente la acest punct al spațiului satisface condiția:
Diferența de drum optic D este egală cu diferența dintre lungimile optice ale căilor traversate de valuri (figura 1).
Minimul de interferență pe care îl observăm în condițiile:
O modalitate de a observa interferența luminii este aceea de a observa interferența luminii pe plăcile subțiri. Un exemplu clasic de interferență este interferența luminii de reflexie de pe placa de sticlă contiguă subțiri plan paralel și lentila planoconvex cu o rază de curbură mare (Fig. 2).
Să presupunem că suprafața lentilei cu o rază de curbură mare R într-un punct de contact cu o suprafață plană este bine placa lustruit, astfel încât spațiul de aer rămas între ele se îngroașă treptat din punct de contact O la margini.
Dacă un astfel de sistem cade vertical de grinda superioară a luminii monocromatice, undele de lumină reflectate de suprafața inferioară a lentilei (1) și suprafața superioară a plăcii (2) va interfera unele cu altele, formând liniile de interferență având forma unor inele concentrice de lumină și întuneric lățime descrescătoare. La reflecție din placa reprezentând mediul optic mai dens decât aerul, unda la schimbarea de fază opusă, care echivalează cu o reducere cu jumătate calea lungimii de undă l / 2 (fig. 3).
La punctul de contact al lentilei cu placa (la punctul O), rămâne un strat de aer subțire, a cărui grosime este mult mai mică decât lungimea de undă. Prin urmare, diferența în calea dintre razele care apar în acest punct este determinată numai de pierderea jumătății lungimii de undă atunci când este reflectată de placa: D0 = 1/2, prin urmare, se observă un punct întunecat în centrul modelului de interferență. Deoarece există aer între obiectivul L și placa P și fasciculul de lumină cade normal pe placă și practic la suprafața inferioară a lentilei, diferența de traiectorie în acest caz va fi: D = 2d + l / 2, (1)
deoarece condițiile minimului: D = (2k + 1) l / 2,
din maxim: D = (2 k) l / 2, (2)
atunci condiția pentru apariția inelelor întunecate va fi exprimată prin ecuația:
Valoarea d poate fi exprimată în funcție de raza de curbură a cristalinului și de raza inelului de interferență întunecată rk:
și d < Înlocuind (4) în formula (3), obținem unde rk este raza inelului k intunecat. Cu toate acestea, formula (5) nu poate fi utilizat pentru experiment, deoarece particulele de praf sunt întotdeauna prezente și lentilele de sticlă nu se învecina pe suprafața ferestrei chiar purificată etanș față de o placă plan paralel; între ele există un mic spațiu de aer a. Din cauza decalajului, apare o diferență suplimentară de traiectorie în 2a. Apoi, condiția pentru formarea inelelor întunecate are forma: 2d + l / 2 + 2a = (2 k + 1) l / 2 sau d = k l / 2 - a. (6) Înlocuind (6) în ecuația (4), obținem: Valoarea lui a nu poate fi măsurată direct, dar poate fi exclusă. Pentru inelul m Subtractând expresia (7) din expresie (8), obținem: unde m și n sunt numerele inelelor întunecate, presupunând că inelul închis central este zero. Astfel, se obține o formulă pentru calcularea razei de curbură a lentilei cu interferență în lumina reflectată. O concluzie similară poate fi trasă pentru interferența în lumina transmisă. În acest caz, pentru lentila și placa plan paralel setat un ecran pe care un model de interferență este observat care reprezintă, de asemenea, alternarea inelelor lui Newton întunecate și luminoase (Fig. 4). Când observăm inelele lui Newton în lumină transmisă, diferența de cale se determină prin formula: Deoarece valul (2) este reflectat de două ori dintr-un mediu dens dens și, prin urmare, a pierdut de două ori jumătate de undă. Similar cu concluzia precedentă, raza inelului de interferență întunecată este determinată de formula: De aici: dk = r / 2R. Utilizarea condițiilor pentru apariția inelelor întunecate: 2 d + 2 l / 2 = (2 k + 1) l / 2, (11) obținem pentru inelul k întunecat: pentru inelul întunecat al lunii m: r / R = m l - l / 2. (14) Scăderea (13) de la (14), obținem: 3. Descrierea instalației Instalația utilizată în această lucrare este prezentată în Fig. 5. Aici S este sursa de lumină; K este un filtru de lumină monocromatic care transmite lumină, lungimea căreia este cunoscută; Lentilă L, lumină de ghidare pe o placă translucidă M; P este o placă de sticlă pe care se află o lentilă plano-convexă L; D este microscopul. Razele monocromatice care se află pe placa semitransparentă M, reflectate și trecând prin lentila L, cad pe placa E. Modelul de interferență este examinat pe microscop. Utilizând micrometrul ocular, este posibil să se determine razele inelelor lui Newton. 4.1. Pe scena unui microscop puneți o lentilă fixată pe o placă plană paralelă. Obțineți o imagine clară a inelelor lui Newton. 4.2. Pentru a măsura raza inelelor Newton rotit microscop la nivelul membrelor, cu care câmpul vizual al microscopului este mutat o bară dublă, și a măsurat cantitățile de rotații complete de limbul și numărul de diviziuni pe tambur atunci când se deplasează dublu prim din centru către inelul selectat. Determinați raza inelului, dat fiind faptul că o rotire a membrelor este de 8,125 × 10-2 mm / div. 4.3. Calculați razele inelelor rk și rm. Folosind formula (9), calculați raza de curbură a cristalinului, presupunând că l = 5450 Å. 5. Întrebări de testare 1. Ce surse pot fi numite coerente? 2. Care este fenomenul de interferență? 3. Care este condiția maximelor și a minimelor de lumină în interferența razelor coerente? 4. De ce este modelul de interferență observat constând dintr-o serie de inele întunecate și ușoare? 5. De ce raza de curbură a obiectivului ar trebui să fie suficient de mare? 6. Derulați formula pentru raza de curbură a lentilei atunci când observați interferența în lumina reflectată. 7. Cum va schimba modelul de interferență în lumina transmisă în comparație cu aceeași imagine în lumina reflectată? De ce? 1. fizica Detlaf. În 3 volume 3. - M. High School, 1971. 2. fizica generală Savel'ev. În 3 volume, T. 2 - M. Nauka, 1978. 3. Shepel de fizică generală. - Școala superioară M., 1966. 4. Curs de fizică generală. În 3 volume, T. 3. - M. Nauka, 1968.
Trimiteți-le prietenilor: