Інформація для вчителів
Застосування
Схема досліду
Коли паралельний пучок світла потрапляє на повітряний клин, обмежений плоским і сферичним скляними тілами, то внаслідок інтерференції виникає картина з концентричних кільцевих смуг. Таку установку називають ньютонівським кольоровим склом, а інтерференційну картину - кільцями Ньютона.
За результатами обробки кілець Ньютона можна зробити висновки про якість і форму сферичної лінзи - за умови, що використана довжина хвилі відома.
Інша інформація для вчителів (1/6)
Інша інформація для вчителів (1/6)
Попередні знання
Особливих попередніх знань для цього досліду учням не потрібно.
Принцип
Інтерференційні кільця виникають тому, що частина світла, яке проходить крізь плоскопаралельну пластину й тіло лінзи, минає установку напряму, а інша частина на своєму шляху спершу відбивається від поверхні лінзи, а потім від скляної пластини, унаслідок чого виникає різниця ходу.
Інша інформація для вчителів (2/6)
Навчальна мета
Дослід має унаочнити учням хвильову природу світла. Учні вчаться визначати радіус лінзи з інтерференційної картини.
Завдання
Учні мають дізнатися, як виникають кільця Ньютона, і, здобувши експериментальні дані та опрацювавши їх, застосувати це явище на практиці.
Інша інформація для вчителів (3/6)
Вказівки щодо складання та виконання
Через простіше складання запропоновано дослід у прохідному світлі, хоча робота з відбитим світлом дає контрастніші зображення кілець Ньютона. Приміщення для досліду слід добре затемнити.
Особливої ретельності потребують позначення та визначення діаметрів зображення '. Для цього рекомендується фіксувати положення середин темних кілець на горизонтальній прямій, що проходить через спільний центр кіл.
Інша інформація для вчителів (4/6)
Примітки
Перед дослідом або після нього варто спонукати учнів і учениць подивитися крізь ньютонівське кольорове скло, скориставшись при цьому й оптикою для спостереження. На цьому ґрунтується наведений нижче варіант досліду, який потребує відносно небагато зусиль:
Червоний фільтр кладуть на стіл, на нього - ньютонівське кольорове скло лінзою догори, а зверху - оптику для спостереження. Тепер усе це піднімають і дивляться крізь оптику для спостереження назустріч яскравому світлу. Тоді можна також визначити кілька Dn на шкалі оптики для спостереження, якщо її пряма межа збігається з горизонтальним діаметром усіх кілець. Недолік цього варіанта в тому, що вимірювати можна щонайбільше до n = 4 і що доводиться миритися з великою відносною похибкою.
Інша інформація для вчителів (5/6)
Примітки
Щоб вивести рівняння
можна виконати такі міркування: нехай - радіус n-го темного кільця для монохроматичного світла з довжиною хвилі , а - відстань поверхні кулі від плоскопаралельної пластини для . Тоді справджується:
і через
Інша інформація для вчителів (6/6)
Примітки
Хвильові цуги, що проходять крізь ньютонівське кольорове скло без відбивання, мають щодо хвильових цугів, двічі відбитих на своєму шляху, різницю ходу . З іншого боку, світлові хвилі, які інтерферують у сусідніх кільцях, мають одна щодо одної різницю ходу . Тому для двох темних кілець, що йдуть одне за одним, дістаємо:
і звідси .
Діаметри кілець вдається визначити експериментально точніше, ніж радіуси. З огляду на тоді дістаємо: .
За цим співвідношенням можна визначити довжину хвилі тоді, коли відомий радіус кулі R, або навпаки - наприклад, визначити радіус кривини лінзи, якщо експериментувати з монохроматичним світлом відомої довжини хвилі.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
Сонце як природне джерело світла
Світлом називають видиму для людини ділянку електромагнітного спектра. За допомогою дифракційних об'єктів, як-от лінзи, можна спостерігати особливе явище світла - здатність до інтерференції, яка вказує на хвильову природу світла.
Але який вигляд має інтерференційна картина і які фізичні закономірності лежать в її основі? Ці питання досліджують у цьому досліді.
Завдання
Пропусти паралельний пучок світла крізь ньютонівське кольорове скло і за допомогою утворених кілець визнач радіус лінзоподібного скляного тіла.
Схема установки
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Освітлювач галогенний, 12 В / 20 Вт | 09801-00 | 1 |
| 2 | Основа зі стрижнем для освітлювача для оптичної лави | 09802-20 | 1 |
| 3 | Оптична лава для учнівських дослідів, l = 600 мм | 08376-00 | 1 |
| 4 | Набір світлофільтрів для адитивного змішування кольорів | 09807-00 | 1 |
| 5 | Лінза на ковзній опорі, f = +50 мм | 09820-01 | 1 |
| 6 | Лінза на ковзній опорі, f = +100 мм | 09820-02 | 1 |
| 7 | Ковзна опора для оптичної лави | 09822-00 | 2 |
| 8 | Екран, білий, 150x150 мм | 09826-00 | 1 |
| 9 | Тримач пластин для 3 об'єктів | 09830-00 | 1 |
| 10 | Пластина і лінза для кілець Ньютона | 08551-00 | 1 |
| 11 | PHYWE Джерело живлення пост. струм: 0...12 В, 2 A / змін. струм: 6 В, 12 В, 5 A | 13506-93 | 1 |
| 12 | Рулетка, l=2 м | 09936-00 | 1 |
Складання (1/4)
Дослід 1
- Склади оптичну лаву з двох штативних стрижнів і змінної основи штатива та приклади рулетку (рис. 1).
Рисунок 1
Складання (2/4)
- Склади освітлювач за рисунками 2 і 3 та закріпи його в лівій частині основи штатива так, щоб він був повернутий стороною з лінзою від оптичної лави (рис. 4).
- Всунь світлонепроникну діафрагму перед лінзою освітлювача (рис. 5).
Рисунок 2
Рисунок 3
Рисунок 4
Рисунок 5
Складання (3/4)
- Установи лінзу з f = +50 мм на оптичній лаві приблизно на позначці 5 см (рис. 6).
- Постав ковзну опору з тримачем пластин і ньютонівським кольоровим склом (пластина з лінзою) приблизно на 10 см. Зверни при цьому увагу, що лінза розташована над пластинчастою пружиною, а пружина й лінза мають бути повернуті праворуч (рис. 7 і рис. 8).
- Розмісти лінзу з f = +100 мм приблизно на 22 см (рис. 9).
Рисунок 6
Рисунок 7
Рисунок 8
Рисунок 9
Складання (4/4)
Рисунок 10
- Постав екран з ковзною опорою приблизно за 30 см праворуч від оптичної лави (рис. 10).
Виконання (1/4)
Рисунок 11
- Під'єднай освітлювач до блока живлення (12 В~) і увімкни блок живлення.
- Пересувай лінзу з f = +100 мм по оптичній лаві (рис. 11), доки на екрані не з'явиться різке зображення кольорової картини.
- Поспостерігай за зображенням і запиши свої спостереження.
Виконання (2/4)
Рисунок 12
- Всунь червоний фільтр у гніздо освітлювача (рис. 12)
- Знову поспостерігай за зображенням і опиши його.
Виконання (3/4)
- Закріпи на екрані аркуш паперу трьома канцелярськими скріпками (рис. 13), не змінюючи положення екрана; за потреби ще раз наведи різкість зображення.
- Виміряй відстані g (між кольоровим склом і лінзою з f = +100 мм) та b (між лінзою з f = +100 мм і екраном) (рис. 14) і запиши результати.
Рисунок 13
Виконання (4/4)
- Познач олівцем на папері діаметри зображених темних кілець і визнач у такий спосіб якомога більше діаметрів .
- Вимкни блок живлення.
- Виміряй лінійкою діаметри і запиши значення; - це значення для найменшого кільця.
Рисунок 14
Протокол
Завдання 1
Перетягни слова у правильні поля! Коли світло від скляної пластини потрапляє на ____, частина його одразу проходить крізь лінзу. Інша частина відбивається від ____ лінзи, а потім від поверхні ____, перш ніж вона теж пройде крізь лінзу. Щодо першої частини вона має ____. Якщо \Delta\ = (2n-1)· (\lambda/2), то світлові складники з довжиною хвилі \lambda ____ одне одного, а для \Delta\ = n· \lambda вони ____ одне одного.
Завдання 2
-7SONNJw0.avif)
Рисунок 15
Питання
Яку формулу дістанемо зі співвідношення ?
Питання
Завдання 3
Питання