![](/user_photo/2706_HbeT2.jpg)
- •Физика.
- •Содержание
- •Измерения показателя преломления воздуха с помощью интерферометра
- •Краткая теория
- •Методика проведения измерений и описание экспериментальной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Определение длины световой волны при помощи дифракционной решетки
- •Краткая теория
- •Описание экспериментальной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Изучение явления поляризации света
- •Краткая теория
- •Методика проведения измерений и описание экспериментальной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Определение концентрации раствора сахара круговым поляриметром
- •Краткая теория
- •Методика проведения измерений и описание экспериментальной установки
- •Порядок выполнения работы и обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Изучение законов внешнего фотоэлектрического эффекта
- •Краткая теория
- •Устройство экспериментальной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Определение постоянной Стефана – Больцмана
- •Краткая теория
- •Методика измерений
- •Экспериментальная установка
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Изучение спектра водорода и определение постоянной Ридберга
- •Краткая теория
- •Методика проведения измерений и описание экспериментальной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Изучение треков заряженных частиц
- •Краткая теория
- •Порядок выполнения работы и обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Проверка закона сохранения импульса и энергии при столкновении элементарных частиц
- •Краткая теория
- •Методика проведения измерений и описание экспериментальной установки
- •Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Изучение физических основ работы полупроводникового диода
- •Краткая теория
- •Методика проведения измерений и описание экспериментальной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Изучение температурной зависимости сопротивления полупроводников
- •Краткая теория
- •Порядок выполнения работы и обработка экспериментальных данных
- •Контрольные вопросы
Измерения показателя преломления воздуха с помощью интерферометра
изучить зависимость показателя преломления воздуха от давления. В качестве эталонного газа служит воздух (n2 =1,00292)
интерферометр в комплекте с кюветами, водяной манометр.
Краткая теория
Свет, согласно корпускулярно-волновому дуализму – это одновременно и электромагнитная волна и поток частиц (современный взгляд). Поэтому световому потоку присущи как волновые, так и корпускулярные свойства. Интерференция – это свойство любой волны, объяснимое через принцип суперпозиции. При сложении (наложении) когерентных световых волн происходит перераспределение светового потока в пространстве, в результате чего возникает устойчивая во времени картина (интерференционная картина) чередующихся усиления и ослабления колебаний (максимумов и минимумов интенсивности). Это явление называетсяинтерференцией. Естественные источники света не являются когерентными, поэтому в этом случае интерференция не наблюдается. Когерентные световые волны получают, разделив волну на две части с помощью отражений или преломлений.
Условия получения максимума или минимума в некоторой точке пространства имеют простое математическое выражение и легко объяснимы.
Для
волны, распространяющейся в среде,
разделяют геометрический путь (собственно
пройденное расстояние l)
и оптический путь (,
гдеn– абсолютный
показатель преломления среды). Разность
оптических путей проходимых волнами
до данной точки называетсяоптической
разностью хода
.
Если оптическая разность хода равна целому числу длин волн в вакууме, то наблюдается максимум (колебания усиливаются).
,
гдеm=0, 1, 2, 3,…
Если оптическая разность хода равна полуцелому числу длин волн в вакууме, то наблюдается минимум (колебания ослабляются).
,
гдеm=0, 1, 2, 3,…
Интерференционная картина, образовавшаяся от двух освещенных монохроматическим светом щелей, представляет собой систему темных и светлых полос. Положение темной и светлой полосы определяется разностью хода интерферирующих лучей. Если один луч проходит расстояние l в среде с показателем преломленияn1, а другой – то же расстояние в среде с показателем преломленияn2, то оптическая разность равна
. (21.1)
Поставим
на пути лучей, выходящих из щелейS1
и S2,
кюветы с различными веществами, показатели
преломления которых n1
и n2
(рис. 21.1). Вследствие дополнительной
разности хода
положение интерференционных полос
изменится, причем изменение интерференционной
картины обусловлено разностью
.
На этом принципе основано устройство
интерферометров (ИТР), служащих для
определения разностей показателей
преломления исследуемого и эталонного
вещества. Если на пути одного из лучей
поместить компенсационную пластинку
переменной толщины d,
вносящую дополнительную разность хода
, (21.2)
то передвигая пластинку, можно добиться такого положения, что разность хода, даваемая кюветами и пластинкой, будет равна нулю
. (21.3)
Это
значит, что интерференционные полосы
вернутся в исходное положение. Зная nпл
и d, можно
легко вычислить
и из формулы (21.1) определитьn1
и n2.
Методика проведения измерений и описание экспериментальной установки
Интерферометры (ИТР) предназначаются для измерения концентрации растворов и газовых смесей путем сравнения коэффициентов преломления эталонных жидкостей и газов с исследуемыми. ИТР находят применение для анализов различных газов (рудничных, печных и т.д.), для обнаружения небольших примесей в воде и различных жидкостях и т.п. Схема установки приведена на рис. 21.1. Здесь: S- источник света,CиD– щели,L1иL2– линзы объектива,N– диафрагма с двумя отверстиямиS1иS2,d– компенсационная пластинка, ОК – окуляр.
Для
облегчения наблюдения смещения
интерференционной картины лучи от
двойной щели разделяются на две части.
Верхние лучи проходят через кюветы,
нижние минуют их. В итоге образуются
две системы полос (рис. 21.2). Дополнительная
разность хода лучей в кюветах вызывает
смещение верхней системы относительно
нижней (рис. 21.2, б). При значительной
разнице разности показателей преломления
верхняя система полос уйдет из поля
зрения и на ее месте будет видна светлая
полоса (рис. 21.2, а). С помощью компенсационного
устройства системы полос можно совместить
(рис. 21.2, в). Микрометрический винт
компенсатора ИТР проградуирован так,
что поворот на одно деление изменяет
разность хода на
.
Если совмещение
полос достигается поворотом на N
делений, то
разность хода
. (21.4)
Сравнивая уравнения (21.1) и (21.4), получим
. (1.5)
В зависимости от длины применяемых кювет максимальная ошибка в определении разности показателей преломления равна 4∙10-6, минимальная – 2∙10-8. Во время измерений кюветы должны термостатироваться (температуры, находящихся в кюветах газов должны быть одинаковы).