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

18 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

60283. Державні і народні символи України, та їх історичне походження 60 KB
  Мета. Ознайомити дітей з національними та народними символами України; формувати національну свідомість школярів; виховувати почуття любові до своєї землі; виховувати патріотів рідної держави, повагу до її символів, розширювати пізнавальні інтереси школярів.
60284. Внеклассное мероприятие: За здоровый образ жизни 159.5 KB
  Цель: научить детей вести здоровый образ жизни Задачи: пропаганда здорового образа жизни; закрепление знаний правил личной гигиены; развитие общей культуры личности учащихся, расширение кругозора...
60285. Свято «У чистій воді риби багато, у доброзичливої людини друзів багато» 141.5 KB
  Мета: шляхом створення психологічних ситуацій вибору підвести учнів з мовленевими вадами до розуміння важливості взаємодопомоги в колективі; сприяти створенню дружнього дитячого колективу, виховувати чемне ставлення учнів одне до одного.
60286. Урок мужества: «Эхо победы» 108 KB
  Выходит 1 группа детей: Отгремели давно залпы наших орудий А в воронке от бомбы трава мурава Но войну не забыли суровые люди И смеются сквозь слезы Ведь память жива Они помнят походы и дальние страны И простые от сердца народа слова.
60287. Корисні і шкідливі звички 54 KB
  Мета: Поглибити знання учнів про корисні та шкідливі звички; виховувати негативне ставлення до шкідливих звичок бажання вести здоровий спосіб життя. Є звички – квітки звички як дуби є гарні звички звички є погані.
60288. ДО СВИДАНИЯ, ОСЕНЬ! 65 KB
  Отгадать загадку просит: Кто художник этот 1 Кто сегодня в парке нашем Листья красками раскрасил И кружит их с веток сносит Это наступила осень 2 От дождя деревья мокнут Лужи всё никак не сохнут.
60289. Сценарій математичного свята “Веселі змагання” 172.5 KB
  Діти ви захочете допомогти принцесі і визволити її з полону Для цього треба розв’язати математичні завдання. А на дверях 10 замків щоб зняти замки треба їх розкодувати а для цього – розв’язати певні завдання.
60290. Класифікація та причини виникнення надзвичайних ситуацій мирного часу 99 KB
  Надзвичайні ситуації природного характеру розрізняють на: ситуації 1 Геологічного походження землетруси обвали природного 2 Мете реологічного смерчі бурі урагани зливи ожеледь морози характеру...