Файл: Лабораторная работа 3 По дисциплине физика ( наименование учебной дисциплины согласно учебному плану).docx

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ



МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования
«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра общей и технической физики
Волновая оптика
Лабораторная работа № 3
По дисциплине ФИЗИКА

^{(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)}

Тема Измерение показателя преломления воздуха интерферометром Жамена


Выполнил: студент гр. РТ-20 Копылова П.А.

^{(подпись) (Ф.И.О.)}

Проверил: доцент

^{(должность) (подпись) (Ф.И.О.)}


Санкт-Петербург

2022

1. Цель работы

Определить показатель преломления интерферометром Жамена.

2. Краткое теоретическое содержание

Явление, изучаемое в работе – интерференция света.

Определения

Свет (по корпускулярной теории) – поток частиц (квантов), испускаемых светящимися телами и летящих по прямолинейным траекториям.

Свет (по волновой теории) – электромагнитная волна, распространяющаяся в среде.

Волна – процесс распространения колебаний в пространстве.

Интерференция света – явление перераспределения энергии переносимой волной в результате сложения (наложения) колебаний от (двух или более) волн когерентных источников, расположенных дискретно.

Фаза – это аргумент синуса или косинуса в уравнении гармонических колебаний.

Когерентность – согласованное протекание нескольких колебательных или волновых процессов.

Когерентные источники света – это источники, интерферирующие волны которых имеют одинаковую частоту и постоянную разность фаз в точке наблюдения.

Когерентные волны – волны, которые имеют одинаковую частоту и постоянную разность фаз в точке наблюдения.

Фокус – это точка, в которой после преломления собираются все лучи, падающие на линзу параллельно главной оптической оси.

Длина когерентности – расстояние, на которое перемещается волна за время когерентности.

Время когерентности – время, по истечении которого разность фаз волны в некоторой, но в одной и той же точке пространства изменяется на .

Законы и соотношения

Длина световой волны – расстояние, которое проходит световая волна за время равное периоду.

(1)

---

где - скорость световой волны, [ ]=м/с;

T – период колебаний, [T]=c

Частота – число полных колебаний, совершаемых в единицу времени.

(2)

Скорость света в вакууме

(3)

где – электрическая постоянная, [ ]=Ф/м,

– магнитная постоянная, [ ]=Г/м

Абсолютный показатель преломления – отношение скорости световой волны в вакууме к фазовой скорости.

(4)

где c – скорость света в вакууме, [c]=м/с,

– фазовая скорость, [ ]= м/с

Абсолютный показатель преломления

(5)

где – электрическая проницаемость среды, [ ]=Ф/м,

- магнитная проницаемость среды, [ ]=Г/м

Абсолютный показатель преломления

(6)

где ₀ – длина световой волны в вакууме, [

---

]=м,

- длина световой волны, [ ]=м

Относительный показатель преломления – отношение абсолютных показателей преломления двух веществ.

(7)

где – абсолютный показатель преломления среды, из которой падает луч,

– абсолютный показатель преломления среды, в которую падает луч

Закон преломления:

Преломленный луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и нормалью, восстановленный в точке падения; отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных веществ:

(8)

где n₁₂ – относительный показатель преломления,

– угол падения света, [ ]=рад,

– угол преломления света, [ ]=рад

Оптическая длина пути – расстояние, на которое распространился бы свет в вакууме за время его прохождения между двумя точками среды.

(9)

где s – геометрическая длина пути световой волны, [s]=м;

n – абсолютный показатель преломления среды

Оптическая разность хода – разность оптических длин проходимых волнами путей.

(10)

---

где d – расстояние между мнимыми источниками света, [d]=м

Условие максимума интенсивности

(11)

где k = 0, 1, 2, …;

- длина световой волны, [ ]=м

Условие минимума интенсивности

(12)

где k = 0, 1, 2, …

Ширина интерференционной полосы – расстояние между соседними минимумами интенсивности.

(13)

где l – расстояние от мнимых источников света до плоскости наблюдения, [l]= м,

d – расстояние между двумя когерентными источниками, находящимися на расстоянии l от экрана, [d]= м.

3. Схема экспериментальной установки

Рисунок 1 – Интерферометр Жамена

1 – газовый лазер;

2 – толстые плоскопараллельные пластины;

3 – двойная газовая кювета;

4 – зрительная труба для наблюдения интерференционных волн


Рисунок 2 – Система наполнения и измерения давления

1 – насос;

2 – манометр;

3 – клапан для выпуска воздуха из кюветы

4. Основные расчетные формулы

Разность давлений

,

(14)

где начальное давление, ;

---

конечное давление,

Угловой коэффициент

,

(15)

где - число полос, прошедшее через перекрестие визира;

- разность давлений,

Коэффициент пропорциональности

,

(16)

где - среднее значение углового коэффициента, ;

- длина волны, излучаемая лазером, ;

- длина кюветы,

Показатель преломления газа

,

(17)

где начальное давление,

5. Формулы для расчёта погрешностей

Абсолютная погрешность косвенных измерений углового коэффициента

	(18)
Абсолютная погрешность косвенных измерений показателя преломления газа
	(19)

6. Таблицы

Таблица 1

Результаты измерений и вычислений

---