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

26 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

78540. Место договора социального найма в системе гарантий жилищных прав граждан 98.14 KB
  Объектом исследования выступают общественные отношения вытекающие из договора социального найма жилого помещения рассмотренные в теоретическом и практическом аспектах. Предметом исследования является правовое регулирование договора социального найма жилого помещения в соответствии...
78541. Использование добавки из пивной дробины в производстве мучных кондитерских изделиях изделий 1.12 MB
  Между распространением многих болезней цивилизации и нарушениями питания четко установилась взаимосвязь. Это, как свидетельствуют многочисленные исследования, обусловлено отрицательным изменением структуры и качества питания, выражающимся в резком увеличении потребления продуктов с высокой...
78543. Проект котельной участка №3 Орехово-Зуевской теплосети 478.28 KB
  Но экономический кризис последних лет существенным образом затронул и этот комплекс. Производство первичных энергоресурсов в 1993 г. составило 82% от уровня 1990 и продолжало падать. Уменьшение потребления топлива и энергии, обусловленное общим экономическим спадом...
78546. Учимся жить дружно 45.5 KB
  Цель классного часа - формирование добрых отношений между детьми в классе, развитие стремления быть терпимым в обществе людей, воспитания уважения к одноклассникам.
78547. Знай, люби, бережи природу рідного краю 4.85 MB
  Змістові питання Розкрити цінності природи для людини Показати різноманітність кімнатних рослин Скласти правила догляду за кімнатними рослинами Визначити рослини в народній творчості Визначити групи птахів за способом живлення та місцем проживання...
78548. Жива природа 184.5 KB
  Когнітивні рівні Конкретизовані навчальні цілі Перелік завдань запитань які забезпечують досягнення конкретних цілей Навчальне методичне забезпечення Знання формулює визначення поняття природа; знає що таке жива і нежива природа; називає основні 5 царств живої природи...