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
Выполнил: студент гр. ТО-02 ______________ /Громцев Е.В./
(подпись) (Ф.И.О.)
ОЦЕНКА: _____________
Дата: __________________
ПРОВЕРИЛ:
Руководитель: ____________ /Сырков А.Г./
(подпись) (Ф.И.О.)
Санкт-Петербург
2003 год.
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.
И
сточники
света и испускаемые ими лучи, удовлетворяющие
указанным требованиям, называются
когерентными.
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.
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.
Рабочие формулы.
ΔN – число интерференционных полос.
ΔР – давление.
n = 1+α ∙P
n – абсолютный показатель преломления воздуха.
α – коэффициент пропорциональности.
- длина кюветки =
– длина волны =
Таблица для записи результатов измерений.
|
№ |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
70 |
60 |
10 |
17 |
1,083 |
28.564*10-10 |
|
|
2 |
80 |
60 |
20 |
32 |
0.2 |
5.275*10-10 |
|
|
3 |
80 |
70 |
10 |
17 |
1.083 |
28.564*10-10 |
|
|
4 |
70 |
50 |
20 |
34 |
0.22 |
5.8*10-10 |
|
|
5 |
85 |
65 |
20 |
34 |
0.22 |
|
|
,
,
,
Расчет результатов эксперимента.
=
=73.125
n = 1+
=1+28.564*10-5=1,00028
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 1,00028. Для сравнения приведём справочные данные для n при освещении жёлтым светом: n = 1,000292.
Вывод: в данной работе мы определили показатель преломления воздуха при помощи интерферометра Жамена. Результат находится в допустимом интервале значений для длин волн красного света.