Определение показателя преломления воздуха при разных давлениях интерферометром Жамена
.pdf
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Министерство образования Российской Федерации Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
(технический университет)
Отчёт по лабораторной работе № 42
По дисциплине: |
Физика |
(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)
Тема: Определение показателя преломления воздуха при разных давлениях интерферометром Жамена
Цель работы: определить показатель преломления воздуха интерферометром Жамена.
Краткое теоретическое обоснование.
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.
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
лучи, |
Источники света и испускаемые ими |
3 |
|
|
|
|
|||||
удовлетворяющие |
указанным |
|
|
|
|
|
|||||
требованиям, называются когерентными. |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Интерферометр |
Жамена |
|
(рис.1) |
|
|
|
|
|
||
состоит из двух одинаковых стеклянных |
|
A |
|
|
|
||||||
плоских пластин 1 и |
2, посеребренных |
с |
B |
|
|
|
|
||||
одной стороны. Параллельный пучок света от |
|
б |
в |
2 |
|||||||
|
а |
||||||||||
источника 3 падает на пластину 1. Часть света |
1 |
|
г |
||||||||
отражается от |
ее передней грани, а |
другая |
|
|
|
|
|||||
|
4 |
|
|
|
|||||||
часть, |
преломившись, отражается |
от |
задней |
|
|
|
|
||||
|
Рис.1 |
|
|
|
|||||||
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.
рис. 2
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
рис.3
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
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.
Рабочие формулы.
tg N
P
ΔN – число интерференционных полос. ΔР – давление.
n = 1+α ∙P
n – абсолютный показатель преломления воздуха. α – коэффициент пропорциональности.
α =
- длина кюветки = 0,24 м
λ– длина волны = 6328 Å=633 нм
Таблица для записи результатов измерений.
Номер опыта |
Нач. давл. P1 |
Кон.давл.P2 |
k |
p p1 |
p2 |
k / p |
||
|
|
|
||||||
1 |
70 |
60.5 |
15 |
9.5 |
|
1,58 |
||
2 |
70 |
61 |
15 |
9.0 |
|
1,67 |
||
3 |
70 |
61 |
15 |
9.0 |
|
1,67 |
||
4 |
70 |
60.5 |
15 |
9.5 |
|
1,58 |
||
5 |
70 |
60.5 |
15 |
9.5 |
|
1,58 |
||
6 |
70 |
61 |
15 |
9.0 |
|
1,67 |
||
7 |
70 |
60.5 |
15 |
9.5 |
|
1,58 |
||
8 |
70 |
61 |
15 |
9.0 |
|
1,67 |
||
9 |
70 |
61 |
15 |
9.0 |
|
1,67 |
||
10 |
70 |
60.5 |
15 |
9.5 |
|
|
|
1,58 |
|
|
|
|
|
|
|
1.625 |
|
|
|
/ = |
1.625 633 10 9 |
4.285 10 12 |
|||||||
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
0.24 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Расчет результатов эксперимента. |
|||
|
|
|
N |
|
|
150 *100 |
|
|
1 |
||
tg |
|
= |
|
|
=92.59 |
|
|
||||
P |
100 *1.625 |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
ат |
||||
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
n = 1+ P =1+4.285 10 12 =1,00027
Анализ полученных результатов.
В результате проведённой работы получено значение показателя преломления воздуха при нормальном атмосферном давлении для длины волны красного света (λ = 6328 Å), которое составляет 1,00027. Для сравнения приведём справочные данные для n при освещении жёлтым светом: n = 1,000292.
Вывод: в данной работе я определил показатель преломления воздуха при помощи интерферометра Жамена. Результат находится в допустимом интервале значений для длин волн красного света.