49965

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ВОЗДУХА ИНТЕРФЕРОМЕТРОМ ЖАМЕНА

Лабораторная работа

Физика

Интерференцией света называется сложение световых пучков ведущее к образованию светлых и темных полос. В противном случае в каждой точке пространства волны будут то усиливать то ослаблять друг друга и глаз воспринимая усредненную картину не обнаружит интерференционных полос. В поле зрения окуляра зрительной трубы 4 появятся интерференционные полосы параллельные ребру двухгранного угла  который составляют фронты интерферирующих волн. Наклоном одной из пластин можно менять и ориентацию и ширину интерференционных полос.

Русский

2014-01-13

125 KB

22 чел.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ВОЗДУХА ИНТЕРФЕРОМЕТРОМ ЖАМЕНА

Введение. Интерференцией света называется сложение световых пучков, ведущее к образованию светлых и темных полос. Свет представляет собой электромагнитные волны. Как и всякие волны, световые волны могут интерферировать

Если две световые волны придут в одну точку в одинаковой фазе, они будут усиливать друг друга. В этой точке образуется светлый участок интерференционной картины. В тех же точках пространства, в которые волны приходят в противоположных фазах, они будут ослаблять друг друга и там будет темный участок картины интерференции.

Таким образом, результат интерференции зависит от разности фаз интерферирующих волн. Чтобы картина интерференции в каждой точке пространства не менялась со временем, необходимо, чтобы разность фаз была постоянной. В противном случае в каждой точке пространства волны будут то усиливать, то ослаблять друг друга и глаз, воспринимая усредненную картину, не обнаружит интерференционных полос. Следовательно, наблюдать интерференционную картину можно лишь в том случае, если интерферирующие волны имеют строго одинаковую частоту и постоянную разность фаз.

Источники света и испускаемые ими лучи, удовлетворяющие указанным требованиям, называются когерентными.

Теоретические аспекты.

Интерферометр Жамена (рис.1) состоит из двух одинаковых стеклянных плоских  пластин 1 и 2, посеребренных с одной стороны. Параллельный пучок света от источника 3 падает на пластину 1. Часть света отражается от ее передней грани, а другая часть, преломившись, отражается от задней посеребренной грани. Таким образом, из пластины 1 выходят уже два пучка света «А» и «В», взаимно когерентные, поскольку исходят из одного и того же источника света. Каждый из этих пучков, попав на пластинку 2, еще раз раздваивается, и из нее выходят уже четыре пучка а, б, в, г, причем второй «б» и третий «в» накладываются друг на друга. Если пластины 1 и 2 параллельны, то разность хода в пучках «б» и «в» будет по всему сечению равна нулю. В результате интерференции пучки усиливают друг друга и в зрительную трубу 4 мы увидим интерференционное поле равномерно освещенным.

Если одна из пластин немного наклонена относительно другой, то пучки «б» и «в» будут не параллельными, а наклоненными под углом друг к другу. Разность хода между ними уже не будет постоянной по сечению пучков, а будет линейно меняться от точки к точке. В поле зрения окуляра зрительной трубы 4 появятся интерференционные полосы, параллельные ребру двухгранного угла , который составляют фронты интерферирующих волн.

Наклоном одной из пластин можно менять и ориентацию, и ширину интерференционных полос. При введении в один из пучков («А» или «В») вещества с иным показателем преломления n2, чем у воздуха при атмосферном давлении n1, интерференционные полосы начнут перемещаться в поле зрения зрительной трубы за счет появления дополнительной разности хода . При  интерференционная картина перемещается на одну полосу. Смещению картины на k полос соответствует разность хода k.

Разность хода лучей будет:

,

где  n2 и n1 – показатели преломления веществ, заполняющих кюветы толщины - .

Поэтому при смещении интерференционной картины на k полос имеем:

.                                                            (1)

По уравнению (1) можно определить показатель преломления n2, сосчитав число полос k, на которое сместилась при этом интерференционная картина, а так же если известны , и n1.

Если перемещение полос вызвано только изменением показателя преломления  газа в одной из ветвей интерферометра, то дифференцируя соотношение (1) имеем:

,                                                                      (2)

где k – число, показывающее, на сколько полос сместилась наблюдаемая интерференционная картина.

В частности, это изменение может быть обусловлено изменением давления газа. Как известно, рефракция пропорциональна давлению газа

                                                                       (3)

дифференцируя последнее соотношение, имеем:

,                                                                     (4)

где - коэффициент пропорциональности. Его величину можно определить из формул (2) и (4)

.                                                                (5)

Зная , нетрудно вычислить по формуле (3) показатель преломления для газа любого давления.

Описание установки.

Интерферометр Жамена (рис.2) включает источник света 1 (используется лазер), двойную газовую кювету 2, толстые плоскопараллельные пластины 3 и зрительную трубу 4 для наблюдения интерференционных полос. Одна из кювет соединена с атмосферой, другая – с системой наполнения и измерения давления (рис.3), состоящей из насоса 1, манометра 2 и клапана 3 для медленного выпуска воздуха из кюветы.

Порядок выполнения работы.

 Включаем лазер (тумблер включения расположен на блоке питания лазера).

 Открываем клапан, соединяющий кювету с атмосферой (рис. 3). Затем ставим его в положение «накачка» и закачиваем в кювету воздух до некоторого давления р (указанного преподавателем). Закрываем клапан.

Так как клапан не обеспечивает полной герметичности, то воздух из кюветы будет медленно выходить, и при этом интерференционная картина, наблюдаемая с помощью зрительной трубы 4, будет также медленно перемещаться. Запомнив начальное давлние  воздуха в кювете и наблюдая перемещение интерференционных полос в зрительную трубу, отсчитываем число интерференционных полос, проходящих через перекрестие. Отсчитав определенное число полос (по указанию преподавателя) записываем  началное и конечное давления и число полос k, прошедших через перекрестие визира. Повторяем эксперимент несколько раз. Результаты измерений записываем в таблицу 1.

Таблица 1

Нач. дав.

Р1

Кон. дав.

Р2

Число полос

k

=

1

2

Для каждого измерения определяем угловой коэффициент =. Далее находим величину /, где - длина волны, излучаемая лазером, - длина кюветы. Определяем средне значение .

 Вычисляем показатель преломления воздуха при нормальном давлении, для чего используем формулу (3) и найденное значение .

 Определяем погрешность найденного показателя преломления.

PAGE  3

 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

2880. Атомное ядро. Радиоактивность. Элементарные частицы 1.59 MB
  Атомное ядро Основная масса материи в атоме не распределена равномерно по объёму атома, а сконцентрирована в плотном ядре, размер которого (~10-15 м) составляет одну стотысячную часть размера самого атома. Плотность ядерного вещества очень велика . ...
2881. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ ГЕМОПОЭЗА 307 KB
  Фізика є основною наукою про природу. Вона вивчає найбільш загальні властивості і форми руху матерії. Одним із видів руху є механічний рух, під яким розуміють зміну положення тіла в просторі з часом. Механіка Галілея-Ньютона вивчає рух макроскопічни...
2882. Авиационные приборы и измерительно-вычислительные комплексы 935.25 KB
  Целью настоящей работы является изучение принципов построения и работы авиационных приборов: топливомеров, тахометров, датчиков давления, указателей скорости и высоты. Приведена  краткая теория работы и методические рекомендации по исследованию...
2883. Машини для земляних робіт 769.5 KB
  Розрахунки за кінематичними схемами одноківшевих (одномоторних) екскаваторів. Мета роботи: Виконати кінематичні та силові розрахунки в передачах екскаваторів. Методика розрахунку. Креслимо схему запасовки канатів заданого...
2884. Генетика бактерий 55 KB
  Генетика бактерий Наука о наследственности и изменчивости микроорганизмов. Наследственность это способность организмов воспроизводить одни и те же свойства из поколения в поколение благодаря передачи генов от родителей потомкам. Изменчивость - измен...
2885. Гибридологический метод Г. Менделя как основа генетического анализа 42 KB
  Гибридологический метод Г. Менделя как основа генетического анализа Почему же закономерности наследования, выявленные Менделем, не были приняты к рассмотрению научным сообществом того времени, хотя его работа с 1865 по 1900 год цитировалась не менее...
2886. Генетика. Законы наследственности 1.02 MB
  Генетика. Законы наследственности Задание 1. Основные термины и понятия Заполните таблицу: Понятия Характеристика Генетика Наследственность Генотип Фенотип Аллельные гены Доминантные признаки Рецессивные признаки Гомозиготные особи Гетерозиготные ...
2887. Оптические и лазерные системы 3.67 MB
  Оптические и лазерные системы Помехи в ОВД. 1)Внешние 2)Внутренние 2) Внутренние помехи определяются. Процесс генерации фотоэлектронов имеет случайную характеристику рассеивание излучения микрочастицами атмосферы естественных источников излучения (солнце и т.д.)...
2888. Генетика человека 267.5 KB
  Генетика человека Генеалогический и близнецовый методы Запишите номера вопросов и дайте ответ одним предложением: Что затрудняет изучение генетики человека. В чем сущность генеалогического метода изучения генетики человека. Кто так...