Задание 2. Определение показателя преломления воздуха

Показатель преломления является важной характеристикой среды. Различают абсолютный и относительный показатели преломления. Абсо­лютным показателем преломления среды называется отношение скорости распространения света в вакууме (с) к скорости ее распространения в дан­ной среде ():

.

Относительный показатель преломления определяется для двух сред с различными абсолютными показателями преломления. Относительный по­казатель преломления второй среды относительно первой равен

.

Таким образом, показатель преломления связан со скоростью распро­странения света в среде и зависит от физического состояния среды (от температуры, плотности, наличия упругих напряжений, а также от длины волны света).

В настоящей работе предлагается интерферометрическим методом исследовать зависимость между давлением газа в кювете и его показате­лем преломления. Для этого в один из пучков излучения в интерферометре помещают кювету длиной l с газом. При изменении показателя преломле­ния газа на возникает дополнительная разность хода , что приво­дит к смещению интерференционной картины на полос. В качестве газа в данной работе используем воздух, давление которого в кювете из­меняем с помощью груши.

1. Установите в кронштейнах поворотного столика (4) интерферометра (рис.2) кювету для воздуха (5), соединенную с пневмоблоком. Манометр пнев­моблока (5-1) должен показывать нуль (если не показывает, то на­стройте нуль манометра).

2. Закройте кран насоса пневмоблока (5-2) и создайте в кювете насосом избыточное давление 250-300 мм ртутного столба.

3. Отметьте на экране положение какой-либо интерференционной по­лосы. Аккуратно приоткрывая кран насоса пневмоблока, снижайте давление и следите за смещением интерференционной картины. Фиксируйте одновременно число пройденных через отметку полос N и величину соответствующего давления р₁. Данные занесите в таб­лицу 2.

Число смещенных интерференционных полос рассчитайте следующим образом. Если, например, при давлении 280 мм рт.ст. смещение про­изошло на 5 полос, а дальнейшее падение давления до 250 привело к смещению еще на 4 полосы, то общее число смещенных полос для давле­ния 250 мм рт. ст. будет 5+ 4 = 9.

4. Постройте график зависимости числа смещенных интерференцион­ных полос Δ N от разности избыточного давления ∆ p₁ и убедитесь в его линейности.

5. Определите по графику зависимости угловой коэффици­ент Δ N/Δ p = Δ N/Δ p₁ и затем найдите зависимость показателя преломления от давления по формуле

_1.

6. Показатель преломления воздуха в кювете рассчитайте по формуле

,

где p₀ = 720 мм рт.ст – атмосферное давление. Удобно измерять p₀ и ∆ p₁ в одних и тех же (любых) единицах.

Длина кюветы = 120 мм;

Длина волны λ ₀ =0, 652 мкм;

Давление в кювете p = p_o + p₁, где p₁ – избыточное давление, определяемое манометром.

7. Окончательный результат представьте в виде

Δ N/Δ p = Δ N/Δ p₁= ___________________полос/мм.рт.ст.

n -1= ) =_______________________________

Таблица 2

Контрольные вопросы

1. Дайте определение интерференции.

2. Какие волны называются когерентными?

3. Назовите методы получения когерентных волн.

4. Выведите условия получения интерференционных максимумов и минимумов интенсивности света.

5. Объясните устройство и работу интерферометра.

6. Дайте определения абсолютного и относительного показателей преломления вещества и сформулируйте закон преломления.

7. Запишите формулу, отражающую зависимость показателя преломле­ния от давления.