3. Измерение показателя преломления воздуха интерферометром Жамена

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

Санкт-Петербургский горный университет

		Кафедра общей и технической физики
		Лабораторная работа № 3
По дисциплине:		Физика
	(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)

Тема: Измерение показателя преломления воздуха интерферометром Жамена

Санкт-Петербург

2019

Цель работы: изучить интерферометр Жамена, определить показатель преломления воздуха интерферометром Жамена.

Явление – интерференция света.

Краткое теоретическое обоснование:

Интерферометры – очень тонкие измерительные приборы, в основе работы которых лежит явление интерференции.

Интерферометр Жамена состоит из двух плоских одинаковых стеклянных пластин 1 и 2, посеребренных с одной стороны. Параллельный пучок света от источника 3 падает на пластину1. Часть света отражается от ее передней грани, а другая часть, преломившись, отражается от задней посеребренной грани. Таким образом, из пластины 1 выходят два пучка света А и В, взаимно когерентные, поскольку выходят 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 пучки б и 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 оснащенным.

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

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

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.

Закон преломления: луч падающий, луч преломленный и перпендикуляр, проведенный к границе раздела в точке падения, лежат в одной плоскости, отношение синуса угла преломления есть величина постоянная.

Схема установки

Интерферометр Жамена 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.

Расчетные формулы:

= /

- угловой коэффициент (Па^-1);

- коэффициент пропорциональности (Па^-1);

 - длина волны, излучаемая лазером (м);

 - длина кюветы (м);

k - оптическая разность хода лучей (м);

n₁ – показатель преломления воздуха;

n₂ – показатель преломления газа;

p – давление в кювете (Па);

p_атм – атмосферное давление (Па).

_{k – число полос.}

Таблица результатов

Согласно данному манометру – 1,6 кгс/см² равны 100 делениям прибора, а 1 кгс/см² приблизительно равен 98067 Па. На основе этих данных преобразуем таблицу.

Номер опыта	(дел.)	(дел.)		(дел.)	δp (Па)	(Па)-1	n
1	70	64	10	6	9414,432	0,001062199	1,000287
2	42	36	10	6	9414,432	0,001062199	1,000287
3	40	34	10	6	9414,432	0,001062199	1,000287
4	36	32	10	4	6276,288	0,001593298	1,000431
5	35	25	10	10	15690,72	0,000637319	1,000172
6	34	27,5	10	6,5	10198,968	0,000980491	1,000265
7	27,5	21,5	10	6	9414,432	0,001062199	1,000287
8	21,5	15	10	6,5	10198,968	0,000980491	1,000265
9	15	9	10	6	9414,432	0,001062199	1,000287
10	9	2,5	10	6,5	10198,968	0,000980491	1,000265

Пример расчета

дел. = 6 дел. · 0,016 кгс/см² · 98067 Па = 9414,432 Па

Па

1,000284

Погрешности прямых измерений

Δ = с/2 = 0,25 дел. = 0,004 кгс/см² ≈ 392,268 Па

Δ_атм = 50 Па

Погрешности косвенных измерений

Δn = · = 1,000284 · = 0,0398687284 ≈ 0,04

Вывод: в ходе лабораторной работы был определён показатель преломления воздуха с помощью интерферометра Жамена и получен результат ∆. Полученный результат приблизительно равен табличному значению показателя преломления воздуха. Значит, данный метод определения показателя преломления воздуха с помощью интерферометра Жамена позволяет получить примерно точные результаты.