60
Лазерный рефрактометр
Канддаат физических наук
Д. Д. ХРИСТОЗОВ
(г. Пловдив, НРБ)
С появлением лазеров многое оптичесне опыты и демонстрации стали более простыми и наглядными. Это относится, например, к экспериментам по дифрактии monохроматического света.
Прибор, с которым мы хотим вас позначить, называется лазерным рефрактометром. С его помощью легко и быстро изменить скорость света в любой жидкой продукции среде и определять, тем самым, важную физическую характеристику этой среды — показатель преломления.
Лазерный рефрактометр нетрудно изготовить в школьном физическом кабинете. Самым важным элементом прибора, схематично изображенного на рисунке, является конечное лазер (Л). Например, можно взять миллиативный гелий-неоновый лазер, который сейчас наиболее распространен. Нужна еще дифраクционная решетка (P). Ванну (B) для жидкости всего сделать из какого-нибудь продукного материала, например из плескигласа, и придать ей трапецевидную форму. Роль фотоприемника в лазерном рефрактометре выполняет непосредственно глаз наблюдателя.
Дифраクционную решетку можно закрепить на маленькой боковой стенке ванны, тогда дифраクционную картину будет удобно наблюдать на большой боковой стенке-экране (Э). Чтобы наблюдаемая картина была ясной и отсутствивой, стенку-экран лучше сделать матовой, а чтобы избежать нежелательных отражений, внутренние непаралельные стены ванны хорошо бы зачернить.
Теперь о самом эксперименте.
Скорость света с вакууме и скорость света v в некоторой прорачной среде можно представить так:
61
Здеся и — соответствующие длины волн, — частота излучения. Разделив равенства почленно друг на друга, получим
(1)
Дифракционная решетка создает на экране картину чередушихся максимумов и минимумов освещности. Максимумы наблюдаются в направлениях, определяемых следующим условием:
где — период решетки, — угол наблюдания, — номер соответствующего максимума.
Будем наблюдаать за максимумом первого порядка. Тогда, положив и приняв во внимание, что для малых углов sin , условия максимумов для случая вакуума и данной среды запишем в виде (см. рисунок)
Если эти равенства разделить друг на друга и отношение подставить в выражение (1), то получим рабочую формулу:
(2)
Согласно этой формуле, по известной скорости света в вакууме м/c, изменив и , можно найти скорость света в интерсушении нас среде. Вся задача сведется просто к изменению расстояний и .
Как показывает опыт, эти расстояния оказываются достаточно большими, а значит, и точность измерений — достаточно высокой (если длина ванны порядка 0,2—1 м).
Формулу (2) можно переписать в виде
где — абсолотный показатель преломления исследуемой прорачной среды. Значит, с помощью предлагаемого прибора наряду со скоростью света в веществе можно определить и его показатель преломления.
Как известно, первые классические опыты по определению скорости света в прорачной среде проводились очень давно — в середине XIX века — и, конечно, с нельзями источниками света. Опыты были довольно громоздками, а точность измерений — невеликой. Лазер же дает возможность проверсти необходимый эксперимент быстрого, четко и наглядно.
«Союз»
открывает Турнир
(Начало см. на c. 45)
-
Сделай сам. Сконструируйте и изготовьте прибор, демонстрирующий явление неиссоединения.
-
Придумай сам. Самостояльно сформируйте проблему-задачу и решите ее. Желательно, чтобы эта задача имела отношение к предстоящей экспериментии на Марс.
Решение задача неиссоединимо отправить не позднее 20 мая по адресу: 119899 Москва, ГСП, МГУ, физический факультет, кафедра физики колбаней, Оргкомитет Турнира.
В конверт выложите:
- почтовый адрес и телефон учебного заведения (или школьного учреждения); 2) список авторов решения (имена пишите полностью); 3) фамилию, имя, отчество и адрес рукоделителя команды.
Решение каждой задачи оформляется отдельно. В начале решения обязательно указите город и фамилии авторов решения. К экспериментальным задачам приложите подробные описания установленок, их схемы, желательно фотографии и экспериментальные данные. Не забудьте прислать нам почтовый конверт с маркой и четко написанным адресом.
Коллективы школьников — победители заочного конкурса — станут участниками фиhala Турнира юных исследователей космоса, который будет проводен с 1 по 24 августа 1989 года в г. Уфе.
Публикация подготовил Е. Н. Юносов — член Совета представителей общества «Союз»