Лазерный рефрактометр

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:

$$c = \lambda_0 v, \quad v = \lambda v.$$

61

Здеся $\lambda_0$ и $\lambda$ — соответствующие длины волн, $v$ — частота излучения. Разделив равенства почленно друг на друга, получим

$$v = c \frac{\lambda}{\lambda_0}.$$

(1)

Дифракционная решетка создает на экране картину чередушихся максимумов и минимумов освещности. Максимумы наблюдаются в направлениях, определяемых следующим условием:

$$d \sin \varphi = k \lambda,$$

где $d$ — период решетки, $\varphi$ — угол наблюдания, $k = 0, \pm 1, \pm 2, \dots$ — номер соответствующего максимума.

Будем наблюдаать за максимумом первого порядка. Тогда, положив $k = 1$ и приняв во внимание, что для малых углов sin $\varphi = tg \varphi$, условия максимумов для случая вакуума и данной среды запишем в виде (см. рисунок)

$$\frac{db_0}{l} = \lambda_0, \quad \frac{db}{l} = \lambda.$$

Если эти равенства разделить друг на друга и отношение $\lambda/\lambda_0$ подставить в выражение (1), то получим рабочую формулу:

$$v = c \frac{b}{b_0}.$$

(2)

Согласно этой формуле, по известной скорости света в вакууме $c = 3 \cdot 10^8$ м/c, изменив $b_0$ и $b$, можно найти скорость света $v$ в интерсушении нас среде. Вся задача сведется просто к изменению расстояний $b_0$ и $b$.

Как показывает опыт, эти расстояния оказываются достаточно большими, а значит, и точность измерений — достаточно высокой (если длина ванны $l$ порядка 0,2—1 м).

Формулу (2) можно переписать в виде

$$n = \frac{c}{v} = \frac{b_0}{b},$$

где $n$ — 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)

16. Сделай сам. Сконструируйте и изготовьте прибор, демонстрирующий явление неиссоединения.

17. 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:

1. 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»