fizika_metodichka

зрительной трубе (при этом зрит льную трубу, возмо

придетс

тельнуювающейнескольклинзы,трубуîòî

закрепитеîò ëèíç)неподвижно. Заметивлинзу, постлинейкавь экранïîëîлинзуæíî,è,åíèå. Убравперемещаярассеизр

его, получитедвинутьотч лив

åíèå

тки, д в емое собирательной

линзой. асстоянирассеивающуюот полоизображения, котороесобирательнуюзаним ла рассеивающая лин

сти,за доОбознаПоскточкэкрлькуна,естьрассеивающаяCD (рис. 2)линза. строила изображение на бесконечно-

етСпи его

ä ëнияениеасьдо линзыокусногосе.от асстоянияицательнойполинзырасстояниями от пред.-

собчая2изображD. Опренахрасстояние

CD = f

улы (6) получ ем

CD (рис. 2) буквой a, CE через a′; èç îð

. По линейк

снимите о счет

-

Снимитeменяярассеивающуюположениярассеивающейотсчетлинзусобирательлинзы,.Экранполучитерассеивающейойдвиньлинзы,теотчетпоставьтеосветиливоепо

åиняясеткиэкраном.положНе.

экрана

f ′ = aa′/(a − a′)

XD

ìåæениядуи,нейизм

телялозображени

è

XC положения

линзы

XE положения экрана

Измерения проводитьa (5=-10)X ðàç,Xвычисляя; a′ = X

X .

D −

C

E −

C

КакН зовитеопределяетсстроятсосновныебработать3изображения.КОНТсвойствапоОЛЬНЫЕстатистическойвоптическихсистемах?ВОПпометодикОСЫорму.ле. (6). езультаты

всех21 измерений

f ′

3

Вносит ли линза, стоящая на пути пучка, разность хода?

4.

я окусное расстояние рассеивающей линзы?

Сравните оба способа.

список

2.

оджаев Н.М.

ÎптикБиблиогра. Ì.: ическийВысшая школа. 1977. 432 с.

1

Сивухин Д.В.

.

.: Íàóê . 1980. 751 ñ.

101

ПОМОЩЬЮ КОЛЕЦ НЬЮТОНА

Ц ль р от : Изучить явление интер еренции света, определить дли-

íó âîëíû интер еренционным методом с помощью колец Ньютона.

О ору о ни : Микроскоп, в то ильтр для монохром

зации све

раллельная пластинка в специальной

оправе,

осветитель.

т , винтовой окулярный микрометр, выпуклая линзà

плоскопа-

Ìíîã

1. К АТКАЯ ТЕО ИЯ

äè ðàêö ÿ,

такие как

сываютснтер еренция

отражен е оптическиепреломл ниеявления,др. хорошо

теорией è составляет разделы волновой оптики. Плоскаяэлектромагнитной-

уравненияминая волна, распространяющаяся, например, вдоль оси X, описывается

~

гомагнит~

ой волне колеблются~ ~два вектора - напряженность

электрическВE = E0 sin(ωt − kx + α), H = H0 sin(ωt − kx + α) .

апряженность магнитного

волныде oбa~ вектораí

взаимно перпендикулярны~ полей,скоростипричем,распрвизо-

странениятроп ой ср

E

H

трическоговолнаВ

~

пространстваслуч времениосипространствевектор),периодомтнапряженности. . электромагнитная-

V

X

являетсиксированнойполяпоперечявляетс(вточкíашемойкруговая. ункцией

T

àêèì, ÷òî

ωt = 2π. Таким бразом,

частотзаданныйсвет ω

периодом

олебаний

T связана соотношением ω = 2π/T. Â

моментраспространениявревектор

~ нственнымакжсветовой~

ункциейназываетс -

E,ñòð

H являетсяпериодомпериодической

длиной

волны. Параметрλ àêèì, ÷òî kλ = 2π. Обычно λ

распространенияволны модулем

~

kволныправлении

~

мом началаоростьначаласчетраспространения|излученияk| =времени2π/λ. световойЗначениединатычльнойсоответствующимазы α определяетсыбо-

íóëþ. Ñê

t и волныкоор средеx ìîæ

быть равным

в вакууме

V связана

скоростью

ãäå

~

~

; ~

~

E1

= E01 sin(ωt + ϕ1)

E2

= E02 sin(ωt + ϕ2),

~

~

амплитуды первойенностивтор й волны,

α1, α2

E01, E02

трическнаждойлоенииойнапряждвухсветовых

олебанийазы.элекПри-

îлн суммарная

амплитуданачальные

~

волны отдельностиEр равна векторной сумме напряженностей

выражениемВ скалярном виде

~ зависит~

îò~ разности аз и определяется

амплитудаEð = E1 + E2 .

m = 0 1 2 . . . целое ч

еренции, векторы

сторону),. н. порядок инте

í

интер еренции),

ϕ = (2m+1)π

E1, E2

Í

ибольшая величинаEð = qE01

+ E02 + 2E01E02 cos ϕ.

~

амплитуды, равная

разностью,

2

2

= mλ

и, соответственно, для

например,åì äëÿ

è õîäà интер еренции,

E01 + E02

ϕ = 2mπ, èìå-

мак( симуму интер еренци

сло,дос игаетс при разностисоответствующаяаз ϕ = 2mπ

~

~

~

~

E1

E2

днупри

наименьшая, равная

E01 −E02

(ìè

имум направлены в

австречу друг другу). Величина

(векторы ~ ~

направлены

ческой

ìóìà

′ = x2 − x1

называетсдлягеометри-

Ò

êàê

= (x2 −x1)n оптической разностью х да волн.

ϕìàê= k = Δ(2π/λ)

откудаучитывая,= ϕ/k÷òî. Тогда

минимума,словия,

ещенияуюп .тематомом,рВеренциюинтеротражениярасщеплерасщепитьприеренционныхсветотможнопластинволндвекартин:можнополучить,хемах.илиПриболеечнэтомàстоблюдатьесликимеюткогерентныесветовуюиместоерволнуередваволныционнуювида.испуПполуслена--

ìИнтдаемых

þ

êñîâàртинуе

ϕ = (2m + 1)π.

áë÷ = (2m + 1)λ/2

103

скопараллельной пластин

êè);б)полосы

öèÿ

ïëà

(интер ер

стинки перемравнойåí

отлщи

íû).

Типичным примером по

лос равной толщи

ÿâëÿ

A

R

C

кическетсцапуклаяютс(рисНьюплоскойойвин

dm

òîì.линзыповерхн1)онаер.случае,Если.еренционныеповерхностьюОнисоприкстьнанаблюогдаотражонцентрическихакуюсасаетеривыдакольсистему- орошоотнаправитьолированноймоноисхроматический.стеклянной1.пластинсвето-

вой пучок,

î, êàê â

íîì,

àê

прох дящем

rm наблюдаются

светлых

темных к

артины,

îðûå

авляет

бой чередование

колецпредстцентромсвете,точк

соприкос-

íîâå ÿ. Â

енном

для данной системы условия максимумов

минимумовразностиеренционныеотражхинтенсивностидаимеютсветединтер еренционной линии

(1)

дляинтер

m −

2dm + λ/2 = mλ,

(ìàêñ

),

Здесь член

2dm + λ/2 = (2m + 1)λ/2, (минимум).

для вектора ~

менеезультатеплотную,отраженияλ/2 обусловленсветаотоптическинабегомболееазыплотнойнаπ

среды

оптическиE в ре-

Из условия (1) жноr

.найти искомую длину волны

m

Однаколецо, эк

ально л гче измерить радиусы темныхλ, измеривилисветлыхd .

m

рисункуr 1., Изчемтреугольникd , ÍàéäåОАСмсвязьпотеоремемежду Пиr агораd , имеемобратившись к

m

m

m

m

ãäå

rm2 = R2 − (R − dm)2 = 2Rdm − dm2,

Пренебрегая членом

dm по сравнению

R радиус кривизны линзы. 104

полняютсизмерениеñèõпомощьюв траженномизмерительногосвете вы-

4

3

2

1

ц ли применяетсопа. В данной работескоп осветитедля этой

микросклå окулярным

ÌÎÂ-1

5

15. Îïò

ческая2.схемаикрометрому анов приведе

тона, рисунстоя

àÿ èç

стеклянной

ки 8 и лежащей на ней исследуемпластй èí

7

8

Ñ

ма для наблюдения олен Нью

зы 7, помещаетс в

специальную

оправуноси-

èñ. 2.

иксиров ть положение линзы 7

держатель,

оторая

позволяет

тельно пластинки 8 зажимным винстрогоом. Оправа-держатель устанавлива

-

ется на предметном столик

опа. Для рассмотрения колец

ользуется специ льной осветитель, служащий для освещения

ïри работе

отраж

свете,микроскоторый пре

авляет собой трубкусистемы

р м 6 микроскопа

енномх дится полупрозрачная

стеклянная пластинка 4,

б к вым окном. Внутри эт го осветителя между объективом 5

окуля-

íèå0 íà

системы,0 изменяет сво¼ направле-

45

от нее под тем ж углом 45

êэтогоокулярЛучи,ольцарестпопадаютследуетнитейглазного0 микрометрачерîучестьйкушиесяертикальнолинзызярногоокулярувеличениеотмикрометрапоизмерхностейнизглазяюпадаетмикроскопанаблюдателя.яНдостигаетсярадиусыàведениеинтер.наблюдаемыхезкость.резкостипоступаютСвращениемеренционнуюпомощьюделенийкиолецокумикролеивинтовогошкалыдостигасистемулярного.скопДля-.

90

ется перемещен ем в вертик

í

åíèè

столика

аботу рекомендуется провальномдить в следующей после овательн сти.

ствующий свето ильтр. Медленно опуская тубус,предметногоосветитель. . окусируя мик-

(или тубуса) при помощи винт в грубойправ

авной наво .

ñîîòâåò

1. Включите осветительную лампу, поместите в

106

микроскдину îïà. Ïðèпятнаý îì.

крест нитей окуляра должен прох дить через се

л нных2. Измерьтемногоот центраокулярнымтемных колец,микрометромначиная

диаметры4-го порядк6-8 ,доств двухаточновз имноуда

ãî

установите его крест

середину шир ны линии каког

вращая б рабан, удаленногоанови

крест на ширину линиимикрометраданного ольца, но

ïåрпендикулярных направлениях. Для этого, вращая б рабан оку

ëèáî äîñò

íî

ольца, например, с левой стороны лярнои пр -

данногомикрометра,ольца. Для опредделения разме

отсчетк льца во взаимно перпенди-

изведите

ñ÷åò ïî øê

барабану окулярного

. Затем,

ку ярном

направлен

поверните окулярный

вокругдиаметрего ос ,

уж с пр вой стороны

àêæ

снимите

. азность этих показа

ний, умноженная

öåíó

лярного

äàåò

4.

Из по ученн

х отсчетов

определите радиусымикрометра,лец по расчет-

ослабив

зажимной

винт,и проделайте

аналогичные

измерен я.

3

Проде айте

àêèå æ

измерения со светлыми

.

ëåзаключаебудет(4)вычислителинзыинтер3.КОНТсуказанысущностьеренционнаяОЛЬНЫЕЦенаэустановкеделенияектартинаВОПинтероку. ОСЫприлярнеренции?освещенииольцамигокрометрасистемыи

радиусной21 КаковаВормукривизнычем

λ.

белым светом?

разность хода с учетом величины воздуш-

3

Чему равна оптическ

íîãî

à?

4 зазораКогд интер еренционная картина будет более резкой: когда E01 =

E023215..

E01 6= E02

МБарнаул:М.:.ический:ВысшаяНаука,светоИздсписок1976школа-ильтр?во.А. 926У1977.1992.. .431172. с.

èëè

БукатыйЛандсбергДляоджаевчегоНВв..МработеИ?.С. .ОптикБиблиограиспользуется. .

ДВОЙНОЙ ЩЕЛИ

схем, получаемых с по-

Ц ль р оты: Изучение

мощью бип измы Френеляинтер еренционныхдвойной щели, определение длин волн

излуче

ÿ ð

лампы.

Î îðóî í

:

тут ая лампа, монохроматор УМ-2, конденсорная лин-

çà, áèïðèзматутнойФре еля,

щель, вспомогательные линзы, оку-

лярный микрометр, линейкдвойная.

1. К АТКАЯ ТЕО ИЯ

В предыдущей аботе рассмотре

M

ны н которые

опросы

ÿâë

èí

l2

l/2

æèì

других

интер ерåíöè

åð åренции

ñâåò

è ïðèâ äåí

ìå

l1

ïîмощью

колец

Ньютона. П

äîë

N

ò д определения

äë

ы волнияы с

нныхизучениесхем

покажем возможность

l

l/2

O

îпределения длины

волны излуче-

SS1

источник. бипризмыПустьдваSФренеляточечныхи

èñ. 1.

ÝP

ниявойнойспомощьющеликогерентных

2

L

дятся друг от друга

à рассто1 идящемсS2 àõèè -

(рисрассто.1). Наянииэкране Э , нах

ÿl

íàÿ êàðò

на. ВL чкеплоскответствнаблюдляиисточников,ияМ,удаленнойнаблюдаетсяотисточминимумтерковеренционS

р сстоянè

1

S2 íà

воздухсветаl1 . lПолагая,2

являетссивности

показателемåíопределенпреломлено,бутíмаксимумияости, что илиокружающей срединтенй-

(илимаксминимумами)

будут иметь вид

n = 1, условия экстремумîâ

= l2 − l1 = mλ

,

(1)

= l2

− l1

= (2m + )λ/2

) .

сивности,Найдемобратившисьрасстояние междукрисункумаксимумами108. Обозначимминèìóì

интен-

y −l/2

ON = l/2

2

2

+ (y −l/2)

2

2

2

1

2

2

2

2

2

l1 = L

; l2

= L

+ (y + l/2) ;

удален

l2 − l1 достаточно= 2yl; y = (l2

− l1 )/(2y) = (l2 − l1)(l2 + l1)/(2y). Полагая, что

экрандинаты

(L l) и наблюдение ведется вблизи центра

îîð

(y точкиL), можно принять l1 = l2, òàê ÷òî l1 + l2 = 2L. Тогда для

M получаем

L

симумов

L

ìèí

ходаПодставляя в (2)ормусловияy = ìlàê(l2 − l1) = èl

.

(1) для разности(2)

, получим

ëû äëÿ

оординат максиìóìов и минимумов

пример,

ymax

=

L

ymin

=

L

λ

l mλ;

l

(2m + 1) 2 .

асстояниемждумеждумаксимусоседнимиìами максимумаìи (светлûми полосами), на(3)-

(m + 1)-ãî

m-го порядка, равно

y =

L

L

L

В (4) велич на

(m + 1)λ −

mλ =

λ .

(4)

l

l

l

полосы,

соседнимиш ринойминимумамиинтер еренционнойакжравно

прич м расстояниеy = Bмеждуназывается

B. Из выраж ния (4) можно найти длину волны λ, . .

à-

длиной2.а.ПО.светхроматорполученияЯДОКальнойприменяетс4ВЫПОЛНЕНИЯустановкитипаизлученияУМртутная-2онденсорпоказана.определеннойлампАБОТЫнарисунке1.Длядлинойм2,нохромгдеволны,к(5)

использутизациичествеСхемаисточниксветэкясперимента,мо

λ = Bl/L

Ñâåò

ðòóò

лампы с п

ê

линзы 2 направля

на вх дную щель 3 монохроìатора, из

отор го вых дит излучение с

определе

волны. Вых дная щель 5 м

õð

матора использу-

åòñ

данной работе

ачестве исхощьюдного

источника к герентного света.

В методе Френеля

свет, исх дящий из вых дной щели, преломля тся в

. Волны от этих источник в,

области за

çìîé,

основанияпртакимзмахиобразом. 6Призмы(рис. 2а)возникаютотклоняютсмалымидваперекрываясьпротивопололучипреломляющимимнимыхогерентныхугламижныхисточннаправлени, слож кнныхS-

яхдвух

ε

S

′1

7äàþò′2рассматриваютсяинтереренционныечерезпîêóл сылярный.109Эти полосымикрометрнаблюдаются8,какчерезбипр

лупуоскости.