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

31 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

84412. Wien. Die Geschichte Wiens 19.76 KB
  Der Stephansdom ist mit seiner Mischung von Stilen für Wein und sein Völker und Kulturgemisch symbolisch. Unter den zahlreichen Gebäuden und Kirchen Wiens sind drei, die man wegen ihren historischen und kulturellen Bedeutung kennen sollte: die Karlskirche...
84413. IM THEATER 19.02 KB
  Durch die Glastür trat ich in die Vorhalle und gab meine Garderobe ab. Kaum war ich damit fertig, da klingelte es auch schon zum ersten Mal. An den Wände im Foyer hingen Photos berühmter Schauspieler. Bevor ich den Zuschauerraum betrat, kaufte ich mir noch ein Programmheft.
84414. MEINE SCHULPRAXIS 19.36 KB
  Meiner Meinung nach ist der Lehrerberuf sehr schön, aber auch sehr schwer und verantwortungsvoll. Der Lehrer muss umfangreiche Kenntnisse haben. Es ist aber nicht leicht, das Interesse der Schüler zum Lernen zu erwecken.
84415. INTERNET IN UNSERE LEBEN 19.12 KB
  Das Surfen in sozialen Netzwerken wie Facebook oder Twitter kostet Zeit. Deshalb sperren einige Unternehmen ihren Mitarbeitern den Zugang. Andere hingegen nutzen die Möglichkeiten der Netzwerke.
84416. DER STAATSAUBAU DER UKRAINE 17.5 KB
  Die Ukraine ist ein demokratischer, unabhängiger Staat. Am 24. August 1991 wurde die Unabhängigkeit der Ukraine verkündet. Die Staatssymbole der Ukraine sind die Nationalhymne, das Staatswappen und die Nationalflagge.
84417. Технология возделывания ярового ячменя и кукурузы 214 KB
  Комплексная механизация сельскохозяйственного производства — такая форма организации труда, при которой все основные и вспомогательные процессы в какой-либо отрасли хозяйства выполняются машинами или механизмами в определенной последовательности.
84418. Экономический анализ хозяйственной деятельности в ЗАО «Куйбышевское» 71.73 KB
  Важнейшая задача сельского хозяйства состоит в обеспечении населения страны продовольствием. В условиях формирования рыночной экономики эта задача может быть решена только путём повышения экономической эффективности сельскохозяйственного производства.
84419. АНАЛИЗ ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТА УКРАИНЫ 101.31 KB
  Первый заместитель главы администрации президента Ирина Акимова недавно заявила что объём теневой экономики в Украине составляет около 500 млрд грн. Запланирован рост по следующим статьям доходов бюджета: собственные поступления бюджетных учреждений 41 млрд грн или 244...
84420. Формы правления 75.5 KB
  Форма государственного правления - это организация вышестоящих органов государственной власти, характер и принципы их взаимодействия с другими органами государства, с политическими партиями, классами и социальными группами.