Почему в центре колец ньютона наблюдается темное пятно

Кольца Ньютона

Кольца Ньютона представляют собой интерференционные полосы, возникающие при наложении волн, отраженных от верхней и нижней поверхностей тонкой воздушной прослойки, заключенной между стеклянной пластинкой и наложенной на нее линзой большого радиуса кривизны (рис.2).

Ширина воздушного слоя увеличивается от точки соприкосновения N к краям линзы. В точках P₁ и P₂, равноотстоящих от точки N, толщина слоя одинакова. На всей поверхности пластины равные толщины слоя располагаются по концентрическим окружностям с центром в точке N.Если осветить систему пластинка  линза почти параллельным пучком монохроматческого света., то в отраженном свете наблюдается большое число чередующихся светлых и темных концентрических колец с темным пятном в области точки N. Эти полосы равной толщины называются кольцами Ньютона. Темное пятно в центре колец (при наблюдении в отраженном свете) объясняется тем., что геометрическая разность хода между интерферирующими волнами в области точки N практически равна нулю и лишь теряется полуволна при отражении от поверхности линзы.

Разность хода интерферирующих волн 1 и 2  = 2dn. Для воздушного слоя n = 1. Кроме указанной разности хода появляется дополнительная разность хода в полволны вследствие отражения луча в точке М от оптически более плотной среды:

(8)

Таким образом, полная разность хода между волнами 1 и 2 будет:

1). для темных колец (9)

2). для светлых колец (10)

где m = 1,2,3…

Рассчитаем радиусы колец Ньютона r_m, наблюдаемых в отраженном свете.

Из рис.3 следует, что для кольца порядка m:

Так как d_md_m2R следовательно:

(11)

Подставляя в формулы (9) и (10) выражение для d_m получим:

1). для темных колец (12)

2). для светлых колец (13)

Из этих формул можно было бы определить , зная радиус кольца, радиус кривизны линзы и порядок минимума (или максимума). Однако вследствие упругой деформации стекла невозможно добиться идеального соприкосновения линзы и пластинки в точке О. Поэтому более точно результат получится, если вычислять  по разности диаметров двух колец порядка d_k и d_m. Для темных колец имеем:

(14)

Таким образом, зная радиус кривизны линзы и диаметры темных интерференционных колец:, можно по формуле (14) вычислить длину световой волны .

Экспериментальная часть

Упражнение 1. Определение цены деления окулярного микрометра.

При помощи объект-микрометра определить цену деления окулярной шкалы. Для этого объект-микрометр поместить на предметный столик микроскопа. Наблюдая в окуляр, добиться резкого изображения шкалы. Поворотом объект-микрометра добиться параллельности штрихов обеих шкал. Выбрать в центре поля определенное число делений шкалы объект-микрометра и по шкале окуляра определить, сколько делений шкалы окуляра занимает изображение выбранного числа делений шкалы объект-микрометра. Зная цену деления последнего (0,01мм), определить цену деления окулярной шкалы.

Упражнение 2. Определение радиуса кривизны линзы..

а). Установить на предметный столик плоскопараллельную пластинку с линзой.

б). Установить зеленый светофильтр (= 546 нм).

в). Осуществить фокусировку микроскопа на поверхности пластинки, прижатой к линзе, и перемещением столика микроскопа в горизонтальной плоскости обнаружить интерференционные кольца.

г). Добиться расположения колец в поле зрения окуляра.

д). Измерить при помощи окулярной шкалы диаметр трех колец (порядка не ниже шестого в случае использования лампы накаливания и более высоких порядков при использовании ртутной лампы). Записать результаты в заранее заготовленную таблицу.

е). По известной длине волны, пользуясь уравнением (14), рассчитать радиус кривизны линзы. Рассчитать погрешность измерения.

Упражнение 3. Определение длины волны пропускания светофильтра.

а). Заменив зеленый светофильтр на красный, повторить измерение радиу-сов (диаметров) колец.

б). Взять для R значения, полученные в упражнении 2, определить длину световой волны.

в) Рассчитать погрешность измерения.

Почему в отраженном свете в центре наблюдается темное кольцо?

Если имеется в виду кольца Ньютона,которые получаются в отраженном свете, то тёмное пятно в центре объясняется так. Как известно при отражение света происходит изменение разности хода на половину длины волны. Поэтому вместо максимума в центре интерференционной картины при этом наблюдается минимум.

автор вопроса выбрал этот ответ лучшим
комментировать
в избранное ссылка отблагодарить
Super Joker [15.8K]
3 года назад

Сам Ньютон не смог объяснить причину возникновения колец. Впервые удалось объяснить Юнгу.

Волны под номерами 1 и 2 появляются из-за отражения от выпуклой части линзы на границе между стеклом и воздухом и от пластины между воздухом и стеклом. Эти волны имеют постоянную разность фаз и одинаковую длину, что связано с тем, что вторая волна проходит большее расстояние, чем волна под номером 1. Разница пути соответствует двойной толщине воздушного зазора между пластиной и линзой в точке, где волна падает от источника света.

Модели опыта Юнга и колец Ньютона.

На самом деле явления, говорящие о том, что свет — это волна, были известны ещё Ньютону. Он поставил опыт, в котором наблюдал т.н. «кольца Ньютона». Повторить этот опыт и посмотреть, что же это такое — «кольца Ньютона», вы сможете с помощью компьютерной модели. А зная то, что мы с вами уже рассмотрели вы сможете сделать то, чего не получилось у Ньютона с точки зрения корпускулярной теории света. А именно — дать объяснение этому явлению.

Самостоятельная работа учащихся с компьютерными моделями из электронного учебника «Открытая физика 2.5»

Опыт Юнга.

Опыт Юнга является первым интерференционным опытом, получившим объяснение на основе волновой теории. В опыте Юнга свет от источника проходит через две близко расположенные щели. Световые пучки, расширяясь из-за дифракции, падают на удаленный экран. В области перекрытия световых пучков возникают интерференционные полосы.

Если расстояние между щелями равно d, а расстояние от плоскости щелей до экрана равно L, то угол схождения лучей на экране ψ = d / L (при d

Δl = λ / ψ = λL / d.

Измеряя ширину полос Δl, Юнг впервые определил длины волн световых лучей разного цвета.

Компьютерная модель является аналогом интерференционного опыта Юнга. Можно изменять длину световой волны λ и расстояние между щелями d. На дисплее возникает в увеличенном масштабе интерференционная картина и распределение интенсивности на экране.

В нижнем окне высвечиваются значения угла ψ сходимости лучей на экране и ширина интерференционных полос.

Кольца Ньютона.

Интерференционная картина, возникающая при отражении света от двух поверхностей воздушного зазора между плоской стеклянной пластинкой и наложенной на нее плоско-выпуклой линзой большого радиуса кривизны, называется кольцами Ньютона. Радиусы колец Ньютона зависят от длины волны λ падающего света и радиуса кривизны R выпуклой поверхности линзы. В центре картины всегда наблюдается темное пятно. Радиус r_m m-го темного кольца равен

где r₁ – радиус первого темного кольца. Измеряя на опыте радиусы темных колец можно определить радиус кривизны поверхности линзы по известному значению длины волны .

Компьютерный эксперимент является аналогом интерференционного опята Ньютона. Можно изменять длину волны λ света и радиус кривизны R поверхности линзы. На экране возникает в увеличенном масштабе картина колец Ньютона и высвечивается значение радиуса r₁ первого темного кольца.

Вопрос ученикам: попытайтесь дать объяснение увиденному. (в опыте наблюдается интерференционная картина)

Про кольца Ньютона.Почему в центре интерференционной картины возникает темное пятно?

Почему в центре интерференционной картины возникает темное пятно При каких условиях оно изменится на светлое?

Лучший ответ

Думайте мозгом немного:
— в проходящем свете в центре есть контакт двух стёкол — свет проходит! !

-соответственноэтот ПРОШЕДШИЙ СВЕТ не отражается!

Значит светлые кольца в проходящем свете одновремено являются тёмными в отражённом свете (и наоборот) .
В отражённом свете той же длины волны в центре будет тёмное пятно, остальные зоны будут «наоборот» к картине интерференции в проходящем свете.
По — «простому»- если в данном месте есть условия для прохождения света хорошие, значит нет условий для его отражения.

Остальные ответы

в центре сферическая линза касается плоскопараллельной пластины, в результате чего нет воздушной прослойки и отраженный свет отличается по фазе на пи, поэтому там минимум