Бесплатно

Бесплатно
МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО
СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РСФСР
КУЙБЫ Ш ЕВСНИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ
АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ имени анадем и ка С. П. КОРОЛЕВА
ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ СВЕТА
Утверждено
редакционно-издательским
советом института
в качестве методических указаний
к лабораторным работам
№ ;j-4, 3-S, 3-6, 3 -7 , З-.з
для студентов
КУЙБЫШЕВ 1985
УДК 535 (075)
Лабораторная работа JA 3-4
О П Р Е Д Е Л Е Н И Е Д Л И Н Ы СВЕТОВОЙ ВОЛНЫ
ПРИ ПОМОЩ И Б И П Р И З М Ы Ф Р Е Н Е Л Я
Методические указания к лабораторным работам содерж ат
краткое введение, знакомящее студентов с интерференционными
явлениями, используемыми в работах. Приведены схемы экспери­
ментальных установок; описаны методы измерений; порядок выпол­
нения лабораторных работ и обработки полученных результатов;
перечень контрольных вопросов, необходимых для самостоятельной
подготовки студентов, и перечень рекомендуемой литературы.
Л абораторные работы предназначены для студентов дневного
и вечернего отделений всех факультетов.
Приборы
и принадлежности:
оптическая скамья,
источник света с щ елевой д и аф рагм ой , бипризма, со б и раю щ ая
линза, микроскоп, р а м к а со светоф ильтрами.
ОПИСАНИЕ МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ
Д л я измерения длины световой волны в данной работе исполь­
зуется бипризм а Ф ренеля. О н а состоит из двух одинаковы х призм
с м алы м и прелом ляю щ им и углами, имеющих общее основание
(рис. 1). П а р а л л е л ь н о этому основанию помещ ается у з к а я щ ель S,
Составители В. IJ. Кабанова, 3. А. Куликова,
А. Н. Пещенко, Д . Ф. Китаев
Рецензенты: А. И. Бекренев, Э. Д . Посыпайко
Рис. 1
с л у ж а щ а я источником света. П а д а ю щ и й от щели пучок света
после п релом ления в бипризме делится на д в а перекры ваю щ ихся
пучка, к а к бы исходящих из двух мнимых и зоб р аж ен и й щели S!
и S 2. Т а к к а к источники S, и S 2 когерентны, то на эк р а н е н а б л ю ­
д ается интерф еренционная картина.
Р асстояни е м еж ду соседними светлы ми или темны ми полосами
этой интерференционной картины оп ред еляется по ф орм уле
=
где I — расстояние от источников света до э к р а н а (рис. 1),
d — расстояние м еж д у мнимыми источниками S , и
(и
Лабораторная
6. Зам енить красный светофильтр зелен ы м и о п р е д е л и т ь длину
световой волны дл я зеленых лучей.
е =V
№ 3-5
О П Р Е Д Е Л Е Н И Е Д Л И Н Ы СВЕТОВОЙ ВОЛНЫ
С ПОМОЩЬЮ КОЛЕЦ НЬЮТОНА
7. Рассчитать относительную приборную п о греш н о сть измере­
ния; Погрешности измерения величин Ь, Ьх и I м а л ы по сравнению
с погрешностями величин d x и х. П оэтом у отн о си тел ьн у ю погреш­
ность измерения А можно определить по ф о р м у л е
J
работа
ej2 + е а2 ,
где 8i — относительная п риборная погреш ность и з м е р е н и я d it
•а'— относительная приборная погреш ность и з м е р е н и я х ,
_
_Д d x
Д П|
1
Д х
Д rt2
1
81
, 8о — - х — п2
1 п2 "
й\
пх
П\
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПРИ ДОПУСКЕ К РАБОТЕ
1. Что такое, интерференция света?
2. К акие волны назы ваю тся когерентны ми?
3. Чем обусловлена некогерентность естественны х источников
света?
‘ .
4. Что такое оптическая разность хода светбвы х волн?
5. Каковы условия интерференционны х м а к с и м у м о в и мини­
мумов?
6. Вывести формулу д л я ширины и й терф ерен ц ио н н ой полосы
при интерференции двух когерентных световы х волн, исходящ их
от параллельны х узких щелей.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ОТЧЕТУ ПО РАБОТЕ
1. Выведите расчетную формулу д л я А .
2. Какой вид будет иметь и нтер ф ер ен ц ио н н ая к а р т и н а , если
у б р ать светофильтр?
3. К ак меняется интерференционная к а р ти н а при з а м е н е к р а с ­
ного светоф ильтра зеленым?
4. Д л я чего в данной работе используется л и н з а 3?
5. О бъясните -образован и е интерф еренционной к а р т и н ы с по­
мощью бипризмы Френеля.
П р и б о р ы и п р и н а д л е ж н о с т и : микроскоп, устройство
д л я н аб л ю д ен и я колец Н ью тона, осветитель.
ОПИСАНИЕ МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ
К ольца Н ью то н а — частный случай интерф еренции в тонких
пленках. О ни н аб л ю даю тся, когда в ы п у к л а я поверхность линзы
с больш им радиусом кривизны с о п р и к асается с плоской п оверхн о­
стью хорош о отп олированной пластинки. Р о л ь тонкой пленки, от
поверхностей
которой
отра­
/ 2
жаю тся
когерентны е
волны,
играет воздуш ны й з а зо р м е ж д у
пластинкой и линзой. П ри н а б л ю ­
дении в о тр а ж ен н о м свете в и д ­
на
систем а
концентрических
светлы х и темны х колец у б ы в а ю ­
щей ш ирины, в центре кото­
рой
н аходи тся
темное пятно.
В п р оходящ ем свете н аб л ю д а е тся
о б р а т н а я к а р ти н а : в центре —
светлое пятно, а за тем чередую ­
Рис. I
щ и еся тем ны е и светл ы е к ольц а.
О п тическая р а зн ость хода лучей 1 и 2 (рис. 1).
А = А С + В С + А/ 2 .
П ри этом мы учли, что п о к а з а т е л ь п р ел о м л ен и я в озд ух а я » 1.
С л ага е м о е А / 2 уч иты вает потерю полволны при о т р а ж е н и и Луча 2
в точке С от оптически более плотной среды. В в и д у 'т о го , что т о л ­
щ ина прослойки h м а л а , А С ^ С В ^ h и
Л И Т Е Р А Т У Р А
С а в е л ь е в И. В. Курс общей физики. — М.: Наука, 1978, т. 2, § 119,121.
Д = 2А + А/ 2 .
Из
геометрических
с оо б раж ен и й
гт 2 = (2 R — h) h
или
г т2 = 2 R h — /i2
где R — р а д и у с кри ви зн ы поверхности линзы .
(1)
TtK как Л
/?, величиной Л ^ м о ж н о п р е н е б р е ч ь , т о г д а гт2 = 2Rhотсюда h = rm2 / 2 R . П о д став и м это з н а ч е н и е h в ф ормулу (1)
А = rm2 / R + Х / 2 .
^Приравняем найденное в ы р а ж е н и е д л я А и у с л о в и е интерферев
Цнонного минимума:
liu n ttu n m
U Q U I1 U V U O '
А = ( 2 т + 1 ) Я /2 .
В результате получим — -г ~ -|---- ^
л
2
(2
= (2т+1)л/2.
Гт= V тRX.
Отсюда
3
( '-
Формулой (3) мож но п о л ьзо в ать ся д л я о п р е д е л е н и я д л и н ы волнь
в случае идеального сопри косновен ия с ф е р и ч е с к о й л и н з ы и пло
ской пластинки в одной точке.
О д н а к о в с л е д с т в и е упругой де
ф о р м а ц и и с т е к л а и п рисутстви я пы
л и н о к .в о з м о ж н о о б р а з о в а н и е допол
н ител ьн о го
зазора
толщиной I
(рис. 2 ).
В эт о м с л у ч а е р а з н о с т ь ход:
интерферирую щ их лучей 1 и 2
А- = •
-f- 2 Ь -р Я, / 2 .
(4:
И з (2 ) и (4)
гт2= (тХ—2 b) R .
Рис. 2
(5
, Д л я кольй а с номером п
= (п х — 2 b) R .
В ы читая из (6 ) ф орм ул у (5 ) получи м
Гп2
(6
г”2 — гп? = R X (п — т )
О ткуда
X=
/? (п — щ)
или через д и а м е т р ы колец
X = dn1 — d
4/?{n — m) •
' ^ ЛЯ Ум ен ьш ення погреш ности и з м е р е н и я д л и й ы в о л н ы X река
ендуется при расчете б р а т ь к о л ь ц а , о т л и ч а ю щ и е с я п о н о м еру нI
б ол ьш у ю величину.
„
ОПИСАНИЕ ПРИБОРА
У ст ан о в к а, п р е д л а г а е м а я в д а н н о й работе, состоит из с л е д у ю ­
щих частей:
1. У стр ой ство д л я получен ия к ол ец Н ь ю т о н а
(с т е к л я н н а я
плоскоп араллельн ая пластинка и длиннофокусная линза, закл ю ­
ченны е в о п р а в у ) .
В ц ен тр е соп р и к о с н о в е н и я л и н з ы и стек л ян н ой п ласти н к и по­
л у ч а ю т ся к о л ь ц а Н ью то н а . Если см отр еть н ев о о р у ж е н н ы м гл азо м ,
то си стем а к о л е ц п р е д с т а в л я е т с я в виде н ебольш ого п я тн ы ш к а .
2 . П о д с т а в к а д л я у доб н ого р а с п о л о ж е н и я л и нзы с пласти нкой .
3. М и к р о с к о п с о к у л я р н о й ш к а л о й д л я и зм ер ен и я д и а м е т р а
к о л ец Н ью то н а . Ц е н а н аи м е н ьш е го д елен и я м и кр о ск о п а и рад иу с
к ри ви зн ы л и н з ы у к а з а н ы на у стан овке. В о п р а в е о к у л я р а м и к р о ­
скопа п о м ещ ен к р а сн ы й с в ето ф и л ь тр .
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. П о л о ж и т е на п о д с т а в к у устрой ство д л я получен ия колеи
Н ь ю то н а . З а т е м о с то р о ж н о п ер ед в и гай те его во в з а и м н о п ерп ен ­
д и к у л я р н ы х н а п р а в л е н и я х , по дво дя центр к олец в поле зрени я
м и к р о ск о п а . Ц е н т р к о л ец виден н ев о о р у ж е н н ы м глазо’м при н а ­
б л ю д ен и и сбоку.
\ .
2. В к лю ч и те о с в ети те л ь и п ерем ещ ен и ем тубуса м и кр о ск о п а
д о б ей тесь ч етк ого и з о б р а ж е н и я к олец Н ью тон а.
3. С п о м о щ ь ю о к у л я р а получите отч етли вое и з о б р а ж е н и е ш к а ­
лы м и к р о ск о п а . Д и а м е т р к о л ец совм ести те с линией, в д о л ь ко то­
рой н ан есен ы д е л е н и я шка<ты.
4. И з м е р ь т е по порядку', н ач и н а я от ц ен тр а, д и а м е т р ы п\ всех
тем н ы х к о л ец Н ь ю т о н а в д е л е н и я х ш к а л ы .
5. П о в е р н и т е о к у л я р н у ю ш к а л у на 90° и сн ова и зм ерьте
диам етры — п2 .
6 . Н а й д и т е ср ед н е е а р и ф м е т и ч е с к о е полученны х д и а м е т р о в — п
и р а с с ч и т а й т е д и а м е т р ы к о л ец в м и л л и м е т р а х .
7. В ы б е р и те н ес к о л ь к о п ар н ы х к о м би н ац и й к о л ец и вы числите
по ф о р м у л е (7) д л и н у волны .
8 . Н о м е р а п а р колец, и сп о л ьзу е м ы х д л я р а сч е та X, и с о о тв ет­
ству ю щ и е з н а ч е н и я /. з а п и с а т ь в та б л и ц у .
Номер
кольца
«], дел
nt, дел
п. дел
d, мм
Д’С —> \
Н
1
2
3
4
5
9
Вычислить среднюю к в ад р ати ч н у ю п о гр е ш н о ст ь результата
среднего арифметического: •
Лабораторная работа № 3-6
ИЗУЧЕНИЕ ЧИСТОТЫ ОБРАБАТЫВАЕМОЙ ПОВЕРХНОСТИ
С ПОМОЩЬЮ МИКРОИНТЕРФЕРОМЕТРА
'-f
я ( л— I)-
-
14). Оценить абсолютную п огреш ность р е з у л ь т а т а серии изме­
рений:
, *" ■
Л.
А Л = t а ,п S X ,
т л * т-я :— коэффициент С тью дента.
Окончательный р езу л ь тат з а п и с а т ь в виде
“
Пр и б о ры и п р и н а д л е ж н о с т и :
М И И -4, исследуемы й образец .
микроинтерферометр
ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ МИКРОИНТЕРФЕРОМЕТРА
’
Я =1 ± А К, е = - £ £ - 100 %
.
П р и вы полн ени и р а б о ты исп ользуется м и к р о и н те р ф ер о м етр
М И И -4 , р а з р а б о т а н н ы й а к а д е м и к о м В. П. Л н н н и к о м .
П ри нц и п д ей ств и я м и к р о и н т е р ф е р о м е т р а основан на и сп о л ь зо ­
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
вании яв л е н и я и н терф ерен ц ии света д л я в и зу ал ьн о й о ценки и из­
I. В чем закл ю чается явление и н терф ер ен ц и и с в е т а ?
м ерен и я вы соты неровностей т о н к о о б р а б а т ы в а е м ы х поверхностей.
■ 2. О бъясните возникновение и н т ерф ер ен ц и он н ы х к о л ец НьюИ н тер ф е р ен ц и е й световы х волн н а з ы в а е т с я явление, в о з н и к а ю ­
тона.
щ ее при сл о ж е н и и когерентны х волн. В р е з у л ь т а т е и нтерф ерен ц ии
3, Выведите формулу д л я радиусов к ол ец Н ь ю т о н а .
п роисходит о с л а б л е н и е или усиление интенсивности с в ета в з а в и ­
К акой круг будет в центре и н т ер ф ер е н ц и о н н о й картины, симости от соотн ош ени я ф а з с к л а д ы в а е м ы х световы х волн, т. е.
веян наблюдение проводить в о тр а ж ен н о м свете? п роисходит п е р е р а с п р е д е л е н и е энергии волн в п р остр ан ств е
5. При наблюдении в о тр а ж ен н о м свете ц е н т р а л ь н ы й круг ока- согл асн о за к о н у со х р ан е н и я энергии. Условием н и i срф ерсннии
? етлым Почему? К а к у стран и ть ц е н т р а л ь н ы й с в етл ы й круг? волн одной и той ж е длин ы я в л я е т с я с о х р ан ен и е неизменной р а з н о ­
6> В чем состоит условие м иним ум а и м а к с и м у м а света прг сти ф а з
= c o n st на вр ем я, д остаточн ое д л я н аб л ю д е н и я. И с т о ч ­
интерференции когерентных лучей?
ники, и зл у ч а ю щ и е волны о д и н а к о в о й ч астоты с п о с т о я н н о й " р а з н о ­
7. Где плотнее р асп о л агаю тся кол ьц а — в ц ен тр е или на пери­
стью ф аз и с о в п а д а ю щ и м и п л о скостям и ко л еб а н и й вектор ов Е,
ферии? Почему?
н а з ы в а ю т с я к о герен тн ы м и .
8 . Что произойдет с интерф еренционной к а р ти н о й при увели
чении расстояния м еж ду линзой и пласти нкой ?
Н е з а в и с и м ы е к о гер ен тн ы е ис­
if
9. Почему радиус кривизны линзы д о л ж е н б ы ть в е л и к ?
точники о с у щ е ств и ть н е в о з м о ж ­
10. П очему при работе с к ол ьц ам и Н ь ю то н а л у ч ш е применить но, п оэтом у п р и б е га ю т к и с к у с с т ­
светофильтр?
венном у п рием у, которы й состой i
М- Радиусы каких колец нуж но б р а ть д л я р а с ч е т а дл и н ы вол­ в том , что з а с т а в л я ю т и н т е р ф е ­
ны, чтобы погрешности были м и н и м ал ьн ы м и ?
р и р о в а т ь д в е части от одной и
той ж е волны, т. е. волну, и д у ­
щ у ю от одного источника, р а з ­
Л И Т Е Р А Т У Р А
б и в аю т на д в е части и н а п р а в ­
л я ю т в одну и ту ж е точку по
С а в е л ь е в И. В. Курс общей физики. — М : Н аука, 1978, т. 2, § 122
р а з н ы м путям.
Р а с с м о т р и м опти ческую с х е ­
му м и к р о и н т е р ф е р о м е т р а М И И -4
(рис. 1). П учок с в ета от источника
5 падает
на п о л у п р о зр ач н у ю
Р 1!
1
С.
\
стеклянную пластинку Р и р а зд е л я е тс я ею на д в а п у ч к а , один из
которых сразу попадает на исследуемую п о в ер х н о с ть П, а вто­
рой — на гладкое эталонное з е р к а л о 3i- П о с л е о т р а ж е н и я эти
лучи вновь соединяются на пластинке Р и в ы х о д ят из интерферо­
метра вертикально вниз. Д л я удобства н а б л ю д е н и я направление
интерферирующих лучей изменяется зе р к а л о м З 2.
И нтерференционная картина р а с с м а т р и в а е т с я в п о л е зрения
окуляра ОК. Луч / проходит пластинку Р д в а ж д ы ( в в е р х и вниз).
Д л я того, чтобы устранить возникаю щ ую при этом дополнитель­
ную разность хода, на пути горизонтального л у ч а 2 устанавлива­
ется стеклянная пластинка К п ар а л л ел ь н о Р и т а к о й ж е толщины.
Следует учесть, что на рис. 1 п о казан то лько ход ц ен тр а л ьн ы х лу­
чей от источника. Разность хода и нтер ф ери ру ю щ и х л у ч е й обуслов
лена разностью плечей и нтерф ером етра и н ак л о н о м поверхнос­
тей П и 3[.
В тех местах поля наблю дения, где оп ти ч е с ка я р а з н о с т ь хода
пучков равна целому числу волн или четному числу п о л у во л н
'
~
Л = &А,
получаются светлы е полосы, а в тех местах, где о п т и ч е с к а я раз^юстбг хюда ра вна ^аёзщ тяом^.дисдуД10лув.бли
А = (2 к — \) А / 2 ,
подучаются темные полосы.
И нтерф еренционная картина в белом свете и м е ет следующий
вид: в центре поля — белая полоса, по обеим с то р о н а м о т нее —
две черные полосы с цветными к аем к а м и и д а л ь ш е — по три или
четыре цветные полосы с каж дой стороны. П е р е х о д о т одной свет­
лой (или темной) полосы к другой светлой (или т е м н о й ) полосе
соответствует изменению разности хода лучей н а о д н у длину
волны А .
В приборе имеются два светоф ильтра, с п о м о щ ь ю к о тор ы х по­
лучается монохроматический свет. П ри р а б о те в м онохром атиче­
ском свете в поле зрения д ол ж н ы быть ч е р е д у ю щ и е с я черные н
светлые полосы.
П еремещ ение исследуемой поверхности П в в ерх и л и вниз на
какую -либо малую величину в ы зы вает изм енение р а з н о с т и хода
лучей на удвоенную величину, т а к к ак свет п р о х о д и т расстояние
до П д в аж д ы .
Н априм ер, при смещении поверхности П на в е л и ч и н у , равную
/. / 2 , полосы в поле зрения сместятся на один и н т е р в а л между
ними, что соответствует изменению разности х о д а на А. Е с л и сама
поверхность П остается на месте, но на ней есть д е ф е к т ы обра­
ботки — бугры или впадины, то в тех м естах, к о т о р ы е соответ­
ствую т д е ф е к там , будет иметь место искривление интерф еренци­
онны х полос.
2
П у с т ь на п оверхности и м еется ц а р а п и н а глубиной А/2. Тогда
во зн и к ает д о б а в о ч н а я р а зн о с ть хода, р а в н а я А, т а к к а к свет про­
ходит б о р о зд у д в а ж д ы . Это вы зовет искривление и н тер ф ер е н ц и о н ­
ной полосы на величину, р авную расстоянию м е ж д у и н т е р ф е р е н ­
ционными п о л о са м и а. Если ж е глубина ц ар ап и н ы не р ав н а А/2,
то ее величину и зм е р яю т по ф о р м у л е
Гд е а — р а сс то ян и е м е ж д у тем ны м и полосами и нтерф еренции,
b —- гл у б и н а и ск р и в л ен и я п ол о­
сы (на рис. 2а=/=Ь) .
В данн ой р а б о те п р е д л а г а е т с я
изучить с п о м ощ ью м и к р о и н т е р ф е ­
ром етра М И И -4 п оверхность тонкоа.
о б р а б о тан н о го о б р а з ц а
в б елом
и м о н о х р о м а ти ч е с к о м свете, о т ы с ­
к а ть д е ф е к т н ы е у частки п овер хн о­
сти и и зм е р и ть вы соту или гл у ­
Р иг 2
бину неровностей.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
Рус
3
1. В клю чить ос в ети ­
тель 1 (рис. 3) и по­
л о ж и т ь на п редм етны й
столик 2 и н т ер ф ер о ­
м етр а о б р а зе ц иссле­
дуемой
поверхностью
вниз.
2. П о в ер н у ть р у к о ­
ятку 3 так, чтобы у к а ­
з а т е л ь (с т р е л к а ) стоял
вер ти кал ьн о , и в р а щ е ­
нием м и к р о м е тр и ч е с к о ­
го винта 4 доб и ться
резко го
изображ ения
исследуемой п овер х н о ­
сти.
3. П о в ер н у ть р у к о я т ­
ку 3 т а к , чтобы у к а з а ­
те л ь
стоял
го р и зо н ­
тал ьн о. В этом случае
в к л ю ч а е тс я этал о н н о е
3
зеркало и при наблюдении в окуляр будут о д н о в р е м е н н о видны
исследуемая поверхность и интерференционны е полосы .
Враще­
нием винта 4 добиться четкой фокусировки к а р т и н ы полос и по­
верхности образца.
4. В р ащ ая столик 2, установить об разец так , чтобы следы об­
работки поверхности (царапины ) о к а за л и сь перпендикулярными
интерференционным полосам.
5. И змерить расстояние а м еж д у и н т ер ф ер е н ц и о н н ы м и поло­
сами и глубину искривления полос b (рис. 4, а и б ) . П р и измере­
нии надо поступить следующим образом :
а) установить о к у л яр н ы й м и к р о м е т р 5 на
тубусе микроскопа до у п о ра и р а з в е р н у т ь его
так, чтобы одна из линий к р е с т а нитей С в
поле зрения бы ла п а р а л л е л ь н а интерференци­
онным полосам (рис. 4, а и б ) ;
б) совместить нить к р е с т а С с интерфе­
ренционной полосой и з а м е р и т ь п о к азан и е JVi
по ш кале и б а р аб а н у о к у л я р н о г о микрометра
(рис. 4, а );
в) в р а щ а я б а р аб а н м и к р о м е т р а , перемес­
OJ
тить крест нитей С до с л е д у ю щ ей интерферен­
ционной полосы и з а м ер и ть п о к а з а н и е N2 по
окулярному микроскопу. Р а с с т о я н и е между
полосами а = Л/)— N 2 .
iS
Точно та к ж е измерить гл у б и н у искривле­
ния полос Ь (рис. 4 , 6 ) :
С*
7.
О ц ен и ть п о гр еш н ость полученного з нач е ния г л у б ины ц а р а ­
пины d по р е з у л ь т а т а м о д н о го опы та. О ценку погреш ности п р о и з­
вести след у ю щ и м о б р а зо м :
а)
в ы чи слить отн о си тел ьн у ю п огреш ность и зм ерен и я глубины
ц арап ин ы d по ф о р м у л е
Ed
где Д Х — п огреш ность, с которой в з я т о значени е X (эта п о гр е ш ­
ность с о с т а в л я е т ± 0,5 последней зн ач а щ е й ц и ф р ы );
Л Л/— а б с о л ю т н а я п огреш н ость при отсчете зн ачени й N {
(д N = 0,005);
б) в ы чи слить аб со л ю тн у ю погреш ность и зм ерен и я глубины
царапины d по ф о р м у л е
A d = zd d \
в) о к о н чатель н ы й
результат
записать
в
виде
d ± A d.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. В чем з а к л ю ч а е т с я явлени е интерф еренции света?
2. К аки е источники н а з ы в а ю т с я когерентны ми?
5.
С ф о р м у л и р у й те у сло ви я м иним ум а и м а к си м у м а и н т е р ф е ­
ренции.
4. Н а ч е р ти те опти ческую схему' и н тер ф ер о м етр а М И И -4 и о б ъ ­
ЛЛ
Ъ = N.
Рис. 4
ясните принцип его д ействи я.
5. К ак о в а р о л ь п л ас ти н к и К (см. рис. 1)?
(>. П одставить в формулу ( 1) значения а и Ъ, в ы ч и с л и ть глу­
0.
Н а с к о л ь к о и зм ен и тся р а зн ость хода лучей при переходе от
бину царапины d :
одной светлой (или тем н о й ) полосы к другой светлой (или т е м ­
ной) полосе?
А'з — До
d -=
7. Н а исследуемой поверхности имеется ц ар а п и н а глубиной Х/2.
Л I Лп
На ск о льк о см ести тся и н тер ф ер е н ц и о н н ая полоса в этом месте?
г д е /. __ ллииа
8 . П ри к аком с в е то ф и л ь тр е — красн ом или зеленом — р а с с т о я ­
волны света. Д л я белого с в ета
принимают
/. ^ 0,по мкм. При работе со светоф и льтрам и и с п о л ь зу й те длины ние м еж д у и н т ерф ерен ц и он н ы м и полосам и будет больш е?
9. По какой ф о р м у л е о п р ед е л яе тся глубина ц ар ап ин ы ?
ноли, приведенные на установке.
Все результаты измерений запи сать в таб л иц у .
F1омср
опыта
1
мкм
0,550
А,
n
2
ЛИТЕРАТУРА
Nz
N<
d, мкм
Л а н д с б е р г Г. С. Оптика — М.: Н аука. 1976. гл. IV и V II
С а в е л ь е в И В Курс обшей физики — М.: Н аука. 1982, т. 2. гл. XVIII.
2
3
4
о
Составитель
А льбина
Н иколаевна
Лещенко
ИЗУ ЧЕН И Е ЧИСТОТЫ ОБРАБАТЫ ВАЕМ ОЙ ПОВЕРХНОСТИ
С ПОМОЩ ЬЮ М ИКРО И Н ТЕРФ ЕРО М ЕТРА
Редактор Т. К. К р е т и н и н а
Техн. редактор Н. М. К а л е н ю к
Корректор Н. С. К у п р и я н о в а
Сдано в набор 20.08.85 г. Подписано в печать 17.10.85 i
Формат 6 0 x 8 4 1/16. Бумага оберточная.
Гарнитура литературная. Печать высокая.
Уел. п. л. 0,5. Уч.-изд. л. 0,4. Т. 2000 экс.
З ак аз 613. Бесплатно.
Куйбышевский ордена Трудового Красного Знамени
авиационный институт имени академика С. П. Королева,
г. Куйбышев, ул. М олодогвардейская, 151.
Тип. УЭЗ КуАИ, г. Куйбышев, ул. Ульяновская, 18.
1
Лабораторная работа № 3-7
И ЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ
К О Э Ф Ф И Ц И Е Н Т А П Р Е Л О М Л Е Н И Я В О З ДУ Х А
ОТ Д А В Л Е Н И Я С П О М О Щ Ь Ю И Н Т Е Р Ф Е Р О М Е Т Р А
РЕЛЕЯ
Приборы и принадлежности:
рометр И Т Р -1, н асосная система.
лабо рато рн ы й и н тер ф е­
ОПИСАНИЕ ПРИБОРА
И нтерф ером етр И ТР-1 яв л яе тся универсальны м л абораторн ы м
прибором, п редназначенны м д л я оп ределения коэффициентов п ре­
ломления п розрачн ы х сред (ж идкостей, газов) и д л я изучения з а ­
висимости этих коэф ф ициентов от концентрации, д авл ен ия и д р у ­
гих хар ак тери сти к исследуемой среды.
О птическая схем а прибора приведена на рис. 1.
J---В ид с5о;<у
La,
В ид сверху
Рис. 1
Выходящий из источника света 1 пучок лучей проходит через
конденсатор 2 и освещ ает входную щ ел ь 3. П осле прохождения
через колли м аторн ы й о бъектив 4 свет п р ед ставляет собой п а р а л "
лельный пучок, который д и аф р агм ой с двум я щ ел ям и 5 р азде1
ляется на два когерентных пучка. Н а пути этих пучков стоят д|
кюветы 6 одинаковой длины. Сечение кю вет по А А и вид на двси* совпадают полосы нулевого, п оряд ка, окаймленны е узкими черны ­
ную диафрагму с указанием световых пучков прибора показан! ми полосами.
ОПИСАНИЕ МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ
Верхние половины 1 и 2 световых пучков п роход ят через соот
ветствующие отделения двойной кюветы и о б р а зу ю т видимую
В данной р аб о те п р е д л а г а е т с я изучить зависим ость к о эф ф и ц и ­
окуляр верхнюю систему интерф еренционны х полос (рис 3 ai
ента
п релом лен и я во зд у х а от д авл ен и я .
Нижние половины 3 и 4 световых пучков, п ро хо д ящ и е через прс
Е
с
ли п о к а за т е л и п р ел о м л ен и я сред, н ах о д ящ и х ся в обеих о тд е­
странство под кюветой, об разую т видим ую в о к у л яр нижнюю ci
л
е
н
и
ях
кю веты , р азл и ч н ы , то будут разли чн ы и скорости р а с п р о ­
По/}/Г
с т р а н е н и я с в е т о в ы х пщ1Ков, п р о х о д я щ и х ч е р е з э т и с р е д ы , в с о о т ­
ветстви и с ф о р м у л о й V = с / п .
Здесь с = скорость света в вакуум е, V — скорость света в данной
среде. Пусть П ! > л 2 (рис. 4, б, в ), тогда У2*> У i- Следовательно,
/7,=Пг
/
\---------- --------ч
*1 1---------- --------г\
i-
а > о г о,< ог
Р не, 2
.
Р и с. 3
стему интерференционных полос (рис. 3, б ) . О б е системы пола
разделены тонкой горизонтальной линией и имею т одинаковы*
внешний вид: в центре интерференционной к а р ти н ы набдюдаюти
две черные узкие полосы, м еж д у кото ры м и н ахо ди тся светлая по
лоса нулевого порядка. Влево и вп раво от ц ен тр а размещают^
полосы высших порядков. Д л я создан и я интерференционной кап
тины в приборе используется белый свет, п оэтом у полосы вьгспш
порядков будут иметь радуж ную бкраску.
Если бы для освещения щ елей п р и м ен ял с я монохроматически*
свет, то все интерференционные полосы имели одинаковый вид i
было бы невозможно выделить центр интерф еренционной картины
На пути лучей 1 и 2 установлены д в е п р о зр ач н ы е пластинки 1
(рис. 1), одна из которых неподвиж на, а д р у г а я м ож ет повоиачиваться с помощью б а р а б а н а 8 (рис. 1) микрометрического
винта. При таком повороте одной из п л ас ти н о к м е ж д у лучами i
и 2 появляется дополнительная оп ти ческая р а зн о с ть хода которая
вызывает смещение верхней системы полос. Н и ж н я я система по­
лос всегда остается неподвижной и п р е д с т а в л я е т собой как бы
опорный индекс, относительно которого м о ж н о устан авли вать верх­
нюю систему полос. О бе системы счи таю тся совпадаю щ им и, есда
Р ис
второму световом у пучку тр еб у ется пройти б ольш ий оптический
путь д л я п о л у ч е н и я г л а в н о г о м а к с и м у м а н у л е в о г о п о р я д к а . П о я в ­
ление д о п олн и тельн ой оптической разности хода м еж ду лучам и
/ и 2 приводит к см ещ ению наблю даем ой в окуляре верхней си ­
сте м ы и н т е р ф е р е н ц и о н н ы х п о л о с или к п о л н о м у и с ч е з н о в е н и ю их
из п о л я з р е н и я .
В р а щ а я и з м е р и т е л ь н ы й б а р а б а н (р и с . 1) м и к р о м е т р и ч е с к о г о
винта, с в я за н н о го с к о м п ен сац и он н ой пластинкой 7, м о ж н о ввести
верхню ю систем у полос в поле зрения о к у л яр а и установить ее в
и с х о д н о е п о л о ж е н и е о т н о с и т е л ь н о н и ж н е й с и с т е м ы п о л о с ( р и с . 4 ,г ) .
случае оптическая разность
хода,
образованная
за сче
2. С помощ ью н акатанн о го к о л ьц а 10 (рис. 1) получить ч е т к о е
разности показателей преломления газа в двух соседних отсека,, изображ ение системы интерф еренционны х полос.
кюветы, оказалась скомпенсированной оптической разностью ходг
3. В ращ ен и ем б а р а б а н а И (рис. 1) добиться совмещ ения обеих
полученной в результате введения на пути одного из лучей компеп
сационной пластинки. Таким образом , в и н терф еро м етре ИТРприменен компенсационный метод изм ерен и я.
П р и б о р устроен таким образом, что отсчет N по измерительном
барабану пропорционален вносимой ко м п ен саци он ной пластинка
разности хода лучей 1 и 2:
6
=
N — N0
30
я
,
( 1)!
где**— средняя длина волны видимого с п е к т р а (Я = 550 мкм)
N0— начальный отсчет по б а р аб а н у , т. е. отсчет при n t = лг
Знаменатель 30 в формуле ( 1) о п р ед е л я е тся конструкц и ей прибо!
ра. Из этой формулы, в частности, следует, что при повороте бара-'
бана на 30 делений^оптическая разность х о д а лучей 1 и 2 меняется
на 6 = Я. Т ак ая разность хода при в и зу а л ь н о м н аб л ю д ен и и через
окуляр проявляется как смещение и н тер ф ер ен ц ион н о й картинь
на одну полосу.
,.С дф утй._стороны ^-хш тйческая р а з н о с т ь х о д а б лучей 1 и i
определяется формулой
6 = т I — Па I = / f«i — п 2) = I А п .
интерференционных картин по двум ц ентральны м темным полосам.
С овмещ ение произвести три раза и вычислить среднее значени е
нулевого п ол ож ен и я ш кал ы N 0. П ри этом все краны насосной си ­
стемы д о л ж н ы бы ть откры ты , а резиновый ш ланг от насоса о тк л ю ­
чен, т. е. д а в л е н и я в обеих отсеках кюветы равны атмосферному.
2)
Если эта рйзность хода ском пенсирована, т. е. путем вращения
измерительного барабан а верхняя и н т ер ф ер е н ц и о н н ая картина воз
вращеЯа в исходное положение, то о к а з ы в а е т с я справедливым
равенство
N — Nо
Я = / Ал.
( 3)
30
Здесь
N — N0
Дп
Я.
44)
30/
(
ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
Установка состоит из и н терф ером етра И Т Р -1 , в котором уста
новлена двойная кювета длиной / = 1 м . В н у т р ен н и е объемы кю­
веты соединены с насосной системой, с остоя щ ей из трубопроводов,
двух кранов, насоса и манометра. П о р я д о к р а б о т ы с насосной си­
стемой приведен на лаб ораторном столе.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1.
Подключить интерферометр к вн еш ней сети, убедиться,
в поле зрения окуляра 9 (рис. 1) п о яв и л и с ь в е р х н я я и нижняя
системы интерференционных полос.
1268
S
Tiftj' жцитутп^
а
Рис.
5
П р и м е ч а н и е : микрометрический винт (рис. 5) интерферометра имеет
две шкалы, из которых одна неподвижная имеет 30 делений, а вторая — вра­
щающаяся —- 100 делений. Пример правильного отсчета по микрометру
(рис 5, а, б) .
4. Определить начальный отсчет по манометру р 0. Установить
избыточное давление А р (р > ро) в кювете 1 до значения пример­
но 104 Па (см. рис. 1). Привести верхнюю систему полос в поле
зрения и установить ее в исходное положение по нижней системе
полос.
Записать в таблицу отсчет по измерительному барабану и от­
счет по манометру: р и р 0 .
5. Провести измерения N и р при 6 —8 значениях избыточного
давления. Установку этих значений производить путем кратко­
временного выпуска воздуха из накачанной кюветы 1 через соот­
ветствующий кран (рис. на столе). Н еобходим о иметь в виду, что
в момент измерения этот кран дол ж ен быть закрыт, и давление
в кювете / не долж но меняться.
Записать результаты в таблицу.
6. Определить значения величин, необходимых для расчета Л я
при понижении (р < Ро) давления воздуха в кювете 2. Компенса­
что
ционный механизм в интерферометре устроен так, что позволяет
компенсировать разность хода лучей, когда в одной из кювет бу­
дет постоянно повышенное давление относительно другой кюветы.
Поэтому теперь в Кювете / нужно п одд ерж и вать атм осф ерн ое д а в ­
ление, а откачку воздуха (понижение д а вл е н и я ) производи ть из |
кюветы 2. Измерения д л я пониженного д а в л е н и я п роизводятся I
таким же образом, как и для повышенного д авл ен и я, т. е согласно »
пп. 4 и 5.
Результаты занести в таблицу.
Ар > о
"л
п /а
ь
1?а
Ар < О
Ар,
Па
Ni
Ап
Ро,
Па
Ар,
Па
Р,
Па
N0
Nt
An
1 I
терференционная к артин а см ести лась на 131 полосу. Д л и н а волны монохроматического света в этом опы те бы ла р а в н а 5,9Х Ю—5 см.
Найти п о казатель прелом лен ия хл о ра.
7. В опыте Ю н га стек л ян н ая п ласти нка толщиной 2 см поме­
щается на пути одного из интерф ерирую щ их лучей перпендику­
лярно лучу. Н а сколько могут отли чаться друг -от друга значения
показателя преломления в различны х местах пластинки, чтобы
изменение разности хода от этой неоднородности не п ревы ш ал о
1 мкм?
8. Точность совмещ ения полос в данном приборе р ав н а около
1/30 ширины полосы. К ак о в а при этом погрешность в определении
разности п оказателей п релом ления г а з а в кюветах?
2
ЛИТЕРАТУРА
3
• в
•I. С а в е л ь е в И. В. Курс общей физикя. — М.: Н аука, 1982, т. 2, § 119.
2.
Я в о р с к и й Б. М., Д е т л а ф А. А. Курс физики. — М.: Высшая
школа, 1971, т. 3, § 5— 1, 5—4.
ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ
1. Определить А р по формуле
А р = Р — Ро-
2.
муле
Др <
3.
Рассчитать изменение показателей п рел ом л ен и я А п по d)OD(4), где Я, = 0,55 мкм, I — 1000 мм. С ледует учесть, что пои
0 величина Д п < 0.
р
Вычислить приборную погрешность по ф ормуле
А (Ад)
Ал
Ак
A ( AN)
AN
,
М
I
АЯ
+
2 AN
N: ~ N 0
AI
где Д к = 0,005 мкм; ДМ = 2 дел; Д I = 0,5 мм.
4. Построить график зависимости А п от Д р .
П р и м е ч а н и е . При построении графика надо учитывать то. что пи»
понижении давления в формуле (2) теперь п2 > л, и, следовательно, А л < ^ )
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Начертить оптическую схему и нтерф ером етра Р е л е я и об-к
яснить принцип его действия.
2. Д л я каких измерений предназначен и нтерф ером етр ИТР-Гэ
3. Описать метод измерения, используемый в данн ой работе
4. Почему темные полосы, наблю даемы е в и нтер ф еро м етре имо
ют цветные каемки?
к
у ’ е'
5. При наложении каких лучей получается п о д в и ж н а я система
интерференционных полос в интерферометре?
6. Н а пути одного из лучей и нтерф ером етра п ом естили о тк а­
чанную трубку длиной 10 см. При заполнении трубки хлор ом ин­
Лабораторная работа Д 3-8
О П Р Е Д Е Л Е Н И Е К О Н Ц Е Н ТРА Ц И И РАСТВОРА
ПРИ ПОМОЩ И ИНТЕРФЕРОМЕТРА РЕЛЕЯ
П р и б о р ы и п р и н а д л е ж н о с т и : лабораторны й и н тер ­
ферометр И Т Р - 2 , к ю в е ты с и ссл ед у ем ы м и р а с т в о р а м и сп и р та в в о ­
де р а з л и ч н о й к о н ц е н т р а ц и и .
ОП ИСАН ИЕ ПРИБОРА И МЕТОДА
ИЗМЕРЕНИЯ
И н т е р ф е р о м е т р И Т Р - 2 я в л я е т с я у н и в е р с ал ьн ы м л а б о р а т о р н ы м
прибором, п р е д н а з н а ч е н н ы м д л я точного о п р ед ел ен и я к о э ф ф и ц и е н ­
тов п р е л о м л е н и я п р о з р а ч н ы х ср ед (ж и д ко стей и та зо в ) и изучения
зависимости этих к о э ф ф и ц и е н т о в от кон цен траци и , д а в л е н и я и
других х а р а к т е р и с т и к и ссл ед уем ой среды .
О п т и ч е с к а я с х е м а п р и б о р а п р и в е д е н а на рис. 1 (вид св ер х у )
и на рис. 2 (в и д с б о к у ) .
М
Составитель З и н а и д а А хат овна К у л и к о в а
ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ КОЭФ Ф И ЦИ ЕН ТА П Р Е Л О М Л Е Н И Я ВОЗДУХ,
ОТ ДАВЛЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ И Н Т Е Р Ф Е РО М Е Т РА РЕЛЕЯ
<
Редактсф Т. К. К р е т и в и н а
Техн. редактор Н. М. К а л е н ю к
Корректор Н. С. К у п р и я н о в а
Сдано в набор 20.08.85 г. П одписано в печать 18.10.85 г.
Формат 6 0 x 8 4 1/16, Бумага оберточная.
Гарнитура литературная. П ечать высокая.
Уел. п. л. 0,5. Уч.-изд. л. 0,4. Т. 2000 экз.
Заказ 614. Бесплатно.
Р и с. I
Куйбышевский ордена Трудового К расного Знамени
авиационный институт им. академика С. П. К оролева,
г. Куйбышев, ул. М олодогвардейская, 151.
Тип. УЭЗ КуАИ, г. Куйбышев, ул. Ульяновская, 18.
Свет от и ст о ч н и к а 5 проходит ч ер ез конденсор К и с пом ощ ью
двух з е р к а л R x и R 2 н а п р а в л я е т с я на у зк у ю входную щ е л ь п р и б о р а ,S>.
расп ол ож ен н у ю в ф о к у с е о б ъ е к т и в а Г. И з о б ъ ек ти в а свет вы ходи г
в виде ш и р о к о го п а р а л л е л ь н о г о пучка. В верхней части п р и бо ра
лучи с в ета п р о х о д я т ч ерез п л о с к о п а р а л л е л ь н ы е с т е к л я н н ы е плас1
I
L
---------
О дн а из к а м е р кю веты за п о л н я е тся эталонной ж и д ко стью с к о ­
эф фициентом п р ел о м л е н и я п х, а д р у га я — исследуемым раствор ом
с коэф ф ициентом п 2. В следствие р а зли ч и я коэффициентов п х и п 2 по­
является д о п о л н и т е л ь н а я разно сть хода меж ду лучами
б = 2 L ( п2 — «]) ,
где L — д л и н а кю веты , а м н о ж и тел ь 2 учитывает прохож ден и е
света через ж и д к о с т ь д в а ж д ы .
Д о б а в о ч н а я р а зн о с ть хода приводит к смещ ению верхней с и ­
стемы и нтерф ер ен ц и о н н ы х полос относительно нижней, н е п о д в и ж ­
ной, на о п р ед е л ен н у ю величину, зави сящ у ю от разности к о э ф ф и ­
циентов п р ел о м л е н и я ж и дкостей и длины кюветы (рис. 3 , 6 ) . Н и ж -
Рис. 2
тннкп A'i и K2 (компенсаторы), обе к а м е р ы д в у х к а м е р н о й кюветы
с исследуемыми растворами и попадаю т на плоский э к р а н Э с дву­
мя параллельными щелями В х и В 2. З а щ е л я м и расположено
плоское зеркало Rz, отраж аю щ ее лучи под очень м а л ы м углом if
В обратном направлении лучи вновь п р о х о д ят ч ерез щ е л и в экра
не Э, кювету, компенсаторы и собираю тся в ф о к а л ь н о й плоскости
объектива в точке О. П л о ск о п ар ал л ел ь н ы е щ е л и В х и В 2 выде­
ляют два когерентных пучка, которые з а т е м с о в м е щ а ю т с я в точ
ке О, образуя верхнюю систему и н тер ф ер ен ц и о н н ы х полос. По­
скольку интерференционные полосы р а с п о л а г а ю т с я оч ен ь близко
друг от друга, для их различения н еобходим о с и л ьн о е увеличение
в направлении, перпендикулярном щ е л я м . Это осуществляется
короткофокусной цилиндрической линзой, н а х о д я щ е й с я в точке О
В ннжнен части прибора лучи п роходят н и ж е ком пенсаторов и
кюветы, попадают на экран Э со щ ел ям и , к о то р ы е в ы д е л я ю т два
когерентных пучка, и после о тр а ж ен и я от з е р к а л а совмещаются
в тон же точке О, образуя нижнюю, опорную с и стем у интерферен­
ционных полос.
Таким образом, в окуляре О будут н а б л ю д а т ь с я д в е системы
интерференционных полос, разделенн ы е тонкой горизонтальной
линией. В центре той и другой системы б удет н а х о д и т ь с я яркая
белая полоса, соответствующая ц ен тр а л ьн о м у м а к с и м у м у нулевого
поря.о-,а. Положение максимумов и н терф ерен ц ион н ой к артин ы за­
ж н и г от длины полны /I/, следовательно, при о с в е щ е н и и белым
снегом гее остальные максимумы высш их п о р я д к о в б уд ут имег
рпдежиые каемки. Это обстоятельство и п о з в о л я е т в ы д е л и т ь ценгр
интерференционной картины, что было бы н е в о з м о ж н о , если бы
в интерферометре использовался м о н о х р о м а ти ч е с к и й
источник
света
п
О
Р II с. 3
няя систем а полос при этом яв л яе тся бн ;исом. OIпоен Iельно которою о тсчи ты в ается см еш ение верхней.
И зм ерен и е см еш ения
полос производится с по­
мощью компенсаторов К х
и
Д' 2 следую щ им образом .
d 2
Одна из пластин A'j с в о ­
Ч
бодно в р а щ а етс я вокруг
своей оси, п ер п е н д и к у ­
лярной н ап р а в л е н и ю с в е ­
тового пучка. При этом
1
изменяется д л и н а
пути
света
в стекле-, т. е.
вносится д оп о лн и тельн ая
разность хода (рис. 4):
2 /Д, (
v
е
-
Рис. 4
где а — то л щ и н а пласти нки , /7Л,
I
= 2 rv.nl
(
ее коэффициент прелом ления.
2)
Меняя угол а ь можно в широких пределах и зм ен ять величи
ну 6| и таким образом компенсировать разность хода б. Наклон
пластины осуществляется микрометрическим винтом М (см. рис. 1)
Каждому показанию микрометра соответствует оп ред елен н ое зна
чение угла поворота otj, а, следовательно, и о п р ед е л ен н а я вели­
чина разности хода б|. В случае компенсации, т. е. при 61 = б, по­
казания микрометра будут определяться только зн ач е н и я м и коэф
фициентов преломления п2 при постоянном п.\ .
Микрометрический винт М имеет две ш калы , из ко то ры х однг
неподвижная, имеет 30 делений, а вторая — в р а щ а ю щ а я с я — 10}
делений.
Поскольку коэффициенты преломлений спирта и воды различ
ны, то коэффициент преломления раствора будет з а в и с и ть от кон
центрации спирта в воде. При небольших к он цен траци ях (д л я не
насыщенных растворов) эта зависимость с хорошей точностью:
является линейной. Следовательно, концентрацию р а с т в о р а можш
определить отсчетом по микрометру М .
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. Включить интерферометр в сеть и убедиться, что в поле зре
ния окуляра О (рис. 1) появились верхняя и н и ж н яя системы по
лос. Если полосы в нижней части плохо видны, то, в р а щ а я окуляр
добиться хорошей видимости. Если в верхней части п о л я зрение
полосы отсутствуют или сдвинуты относительно ниж ней картины,
то вращением микрометрического винта М совместить нулевые
полосы, которые отличаются тем, что не имеют р а д у ж н ы х каемок!
Все остальные полосы имеют такие каемки, которые усиливаютсяпо мере увеличения номера полосы, отсчитываемого от нулевой
Совмещение произвести три раза и по среднему значени ю отсчетг
по микрометру iV0 определить та к назы ваемы й «нуль кюветы».
2. Вставить кювету с раствором известной кон центрации, со
блюдая ориентацию камер. К ам ера с ди сти л л иро ван ной водой
помечена буквой П и должна всегда находиться сп р а в а . Камера
с раствором, помеченная Л, находится слева. Кюветы не перевей
рачивать!
3. Н аблю дая интерференционную картину в о к у л яр е , добиться!
совмещения полос (рис. 3, а) по нулевой полосе и с д е л а т ь отсчет
по микрометру N. Измерения повторить три р а з а и за н е с ти резуль
таты в таблицу.
4. Повторить операции (пп. 2 и 3) для всех кювет с известны
ми растворами, а так ж е для кюветы с неизвестным раствором,
помеченной С*.
4
С, %
с, =
L, см
N
Я — Л'о
( Я—Я0)/L
1
2
3
\
2
3
сх =
1
2
3
ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ
1. П о серии из трех опытов вычислить среднее значение отсче­
та для к а ж д о г о раствор а.
2. В ы ч и с л и т ь р а з н о с т ь Я — N 0, г д е N 0 — с р е д н е е з н а ч е н и е « н у ­
ля к ю в е т ы » .
3. Р а с тв о р ы р азно й концентрации залиты в кюветы различной
длины, поэтому необходимо привести результаты к единице длины,
т. е. вы числить величину ( N — Лг0) / L. где L — длина кюветы
с данным раствором .
4. П остроить градуировочный график, отк л ад ы вая по оси аб с­
цисс кон цен траци ю известных растворов, а по оси ординат — ве­
личину N — N 0 I L .
5. И сп о л ьзуя градуировочный график, определить неизвестную
концентрацию спирта в воде Сх ■
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. В чем за к л ю ч а е тся явление интерференции света?
2. К аки е волны н азы ваю тся когерентными?
3. К аково условие максимум а и минимума при интерференции?
4. О б ъ ясн и те принцип действия интерферометра ИТР-2.
5. О б ъ ясн и те возникновение интерференционной картины от
двух щелей.
6. К ак о б р азу ю тся верхняя и н иж н яя системы полос в интер­
ферометре?
7. С какой целью используются в интерферометре компенса­
торы?
б
8. К а к по см ещ ению интерференционны х полос м ож но измерить
кон цен траци ю р аство р а?
:
9. П о ч е м у н у л е в а я п о л о с а н е и м е е т о к р а с к и ?
ЛИТЕРАТУРА
1. С а в е л ь е в И. В. Курс общей физики.—М.: Наука, 1978, т. 2, § 1 1 9 — 121.
Составители: Зинаида Ахатовна Куликова, Дмитрий Ф едорович Китаев
О П Р Е Д Е Л Е Н И Е К О Н Ц ЕН ТРА Ц И И РАСТВОРА
П Р И ПОМ ОЩ И И Н ТЕРФ ЕРО М ЕТРА Р Е Л Е Я
Редактор Т, К. К р е т и н и н а
Техн. редактор Н. М. К а л е н ю к
Корректор Н. С. К у п р и я н о в а
Сдано в набор 20.08.85 г. Подписано в печать 18.10.85 г.
Ф ормат 60 x 84 1/16. Б ум ага оберточная. Гарнитура литературная.
Печать высокая. Уел. п. л, 0,5. Уч.-нзд. л. 0,4. Т. 2000 экз.
Заказ 615. Бесплатно.
Куйбышевский ордена Трудового Красного Знамени
авиационный институт нм. академика С. П. Королева,
г. Куйбышев, ул. М олодогвардейская, 151.
Тип. УЭЗ КуАИ, г. Куйбышев, ул. Ульяновская, 18*