Порядок виконання роботи

1. Ввімкнути освітлювач в сітку змінного струму.

2. Одержати зображення кілець Ньютона в мікроскопі.

3. Поставити червоний світлофільтр і за допомогою мікроскопа з мікрометром виміряти радіус кількох світлих кілець.

4. Визначити радіус кривизни лінзи, користуючись формулою (8).

5. Виміряти і обчислити середнє значення і похибки вимірювань.

6. Результати вимірювань та обчислень занести в таблицю 1.

Таблиця 1.

Кільця	Діаметр кільця в поділках шкали	, (мм)	, (мм)	, (мм)	, (мм)	, (мм)

Контрольні запитання

1. Утворення кілець Ньютона.

2. Умова максимуму інтерференційної картини.

3. Умова мінімуму інтерференційної картини.

4. Оптична різниця ходу між променями, які відбиваються від верхньої і нижньої поверхонь повітряного зазору між лінзою і пластинкою.

5. При якій умові спостерігаються світлі кільця у відбитому світлі?

6. При якій умові спостерігаються темні кільця у відбитому світлі?

7. Формула для радіуса світлового кільця Ньютона у відбитому світлі.

8. Формула для радіуса кривизни лінзи.

9. Як обчислити відносну похибку ?

10. Як обчислити абсолютну похибку ?

Лабораторна робота №54 визначення довжини світлової хвилі за допомогою дифракційної ґратки

МЕТА РОБОТИ:	визначити довжини хвиль випромінювання в спектрі водню.
ОБЛАДНАННЯ:	воднева трубка з джерелом живлення, оптична лава, екран з шкалою і щілиною, дифракційна ґратка.

Теоретичні відомості

К огерентними називаються хвилі, які мають однакову довжину і постійну в часі різницю фаз. В результаті накладання такі хвилі можуть посилюватись або послаблюватись (явище інтерференції). Різниця ходу хвиль – це різниця шляхів, пройдених хвилями до зустрічі. На рис.1 = О₁О₂, де:О₁О₂ - джерела когерентних хвиль 1 і 2, О₂Х – область накладання хвиль, 3 - результуюча хвиля.

З малюнка видно, що якщо = , де =0,1,2,…, то хвилі зустрічаються в фазі і максимально підсилюються . Якщо ж , то при зустрічі хвилі мають протилежні фази і гасять одна одну.

Розглянемо інтерференцію хвиль, які проходять крізь щілину АD (рис. 2). Фронт хвилі - це геометричне місце точок, в яких коливання відбуваються в однакових фазах. Фронт перпендикулярний до напрямку поширення хвилі. Згідно принципу Гюйгенса-Френеля, кожна точка фронту стає джерелом вторинних хвиль, які інтерферують, підсилюючись в одних напрямках, і послаблюючись в інших. Розглянемо вторинні хвилі, які ідуть від точок фронту АD в напрямку . Оскільки фронт цих хвиль – АС, то різниця ходу хвилі, що йде з точки А і хвиль, що йдуть з точок ВВ₁,CС₁,…,DD₁ рівна відповідно ВВ,BC,…, так, щоб ВВ₁= , CC₁=2 і т. д . DD₁=n , де n - кількість зон. Хвиля, що йде з точки А, буде погашена хвилею, що йде з точки В, оскільки різниця ходу хвиль . Таким чином, хвилі однієї зони погасять хвилі іншої зони. Якщо у щілині вміщується парне число зон (n , то точка О, в якій спостерігаємо інтерференцію світлових хвиль, буде неосвітленою. З рис.2 . Позначивши , одержимо формулу , звідки кількість зон . Умова послаблення хвиль, так званого мінімуму дифракції на щілині:

, або . (1)

Якщо ж число зон непарне ( ), то хвилі однієї з зон не будуть погашені, і точка О буде освітленою. Умова максимуму дифракції на щілині.

n = 2k +1= , або = .

Отже, в залежності від напрямку хвилі будуть підсилюватись або гаситись, і за щілиною одержуємо не її чітке зображення, а систему світлих і темних смуг. Це явище відхилення від прямолінійності поширення світла називається дифракцією. Слід зазначити, що дифракцію можна спостерігати при проходженні світла через вузькі щілини і малі отвори.

Я кщо світло проходить через систему щілин (дифракційну ґратку), то при розрахунку дифракції треба врахувати інтерференцію хвиль, які ідуть від рівних щілин у напрямку (рис. 3.)

Різниця ходу цих хвиль , де - ширина щілини, - ширина непрозорої смуги ґратки, - постійна ґратки. Умова підсилення хвиль:

або . (2)

Умова мінімуму при проходженні світла через ґратку:

(3)

Таким чином, поряд з мінімумами інтенсивності, зумовленими дифракцією на одній щілині (1), з’являються мінімуми інтенсивності, зумовлені інтерференцією світла від різних щілин (3). Максимуми інтенсивності (2) стануть більш яскравими, бо в них складаються світло від багатьох щілин.

Отже, хвиля довжиною λ підсилюється в напрямках, для яких:

. (4)

Значенню відповідає центральний максимум ( ). Значенням і – максимум 1-го і 2-го порядку і т.д. Ці максимуми розташовуються симетрично відносно центрального. З (4) видно, що хвилі з різними довжинами λ підсилюються в різних напрямках φ. Таким чином, не монохроматичне світло при п роходженні через ґратку розкладається в спектр (рис.4).

С хема установки для визначення λ зображена на рис.5.

Світло від джерела перпендикулярно проходить через щілину 2 і ґратку 4. Спектральну лінію, яка підсилюється в напрямку φ, спостерігають на фоні шкали екрана 3. Отже , де – відлік по шкалі, – відстань між екраном і ґраткою. Якщо , то:

. (5)

Підставляючи (5) в (4), одержимо , звідки довжина хвилі спектральної лінії:

. (6)