khúc xạ kế laser

60

khúc xạ kế laser

Ứng viên Khoa học Vật lý
D. D. KHRISTOSOV
(Plovdiv, NRB)

Với sự ra đời của tia laser, nhiều thí nghiệm và trình diễn quang học đã trở nên đơn giản và trực quan hơn. Điều này áp dụng, ví dụ, cho các thí nghiệm về nhiễu xạ ánh sáng đơn sắc.

Thiết bị chúng tôi muốn ghép nối với bạn được gọi là khúc xạ kế laser. Với sự trợ giúp của nó, việc thay đổi tốc độ ánh sáng trong bất kỳ môi trường lỏng nào là dễ dàng và nhanh chóng và từ đó xác định được một đặc tính vật lý quan trọng của môi trường này - chiết suất.

Khúc xạ kế laser rất dễ chế tạo trong phòng thí nghiệm vật lý ở trường. Thành phần quan trọng nhất của thiết bị, được mô tả dưới dạng sơ đồ trong hình, là tia laser cuối cùng (L). Ví dụ: bạn có thể sử dụng tia laser helium-neon mililit, loại laser phổ biến nhất hiện nay. Bạn cũng cần một cách tử nhiễu xạ (P). Bể (B) đựng chất lỏng phải được làm từ một số loại vật liệu, ví dụ như thạch cao, và có hình thang. Vai trò của bộ tách sóng quang trong khúc xạ kế laser được thực hiện trực tiếp bằng mắt của người quan sát.

Cách tử nhiễu xạ có thể được gắn trên bức tường nhỏ của bồn tắm, sau đó mô hình nhiễu xạ sẽ được quan sát thuận tiện trên màn hình tường lớn (E). Để làm cho hình ảnh quan sát được rõ ràng và không có, tốt hơn hết bạn nên làm mờ thành màn hình và để tránh những phản xạ không mong muốn, nên làm đen các thành không song song bên trong của bồn tắm.

Bây giờ về thí nghiệm.

Tốc độ ánh sáng c trong chân không và tốc độ ánh sáng v trong môi trường trong suốt có thể biểu diễn như sau:

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

61

Ở đây $\lambda_0$ và $\lambda$ là bước sóng tương ứng, $v$ là tần số bức xạ. Chia các đẳng thức cho số hạng, ta được

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

(1)

Cách tử nhiễu xạ tạo ra hình ảnh có độ sáng tối đa và tối thiểu xen kẽ trên màn hình. Cực đại được quan sát theo các hướng được xác định bởi điều kiện sau:

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

trong đó $d$ là chu kỳ cách tử, $\varphi$ là góc quan sát, $k = 0, \pm 1, \pm 2, \dots$ là số cực đại tương ứng.

Chúng tôi sẽ quan sát tối đa đơn hàng đầu tiên. Sau đó, đặt $k = 1$ và xét rằng đối với các góc nhỏ sin $\varphi = tg \varphi$, chúng ta viết các điều kiện tối đa cho trường hợp chân không và môi trường này dưới dạng (xem hình)

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

Nếu chia các đẳng thức này cho nhau và thay tỷ lệ $\lambda/\lambda_0$ vào biểu thức (1), chúng ta thu được công thức làm việc:

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

(2)

Theo công thức này, sử dụng tốc độ ánh sáng đã biết trong chân không $c = 3 \cdot 10^8$ m/s, thay đổi $b_0$ và $b$, người ta có thể tìm được tốc độ ánh sáng $v$ trong môi trường sấy khô. Toàn bộ bài toán sẽ đơn giản được rút gọn thành việc thay đổi khoảng cách $b_0$ và $b$.

Theo kinh nghiệm cho thấy, những khoảng cách này khá lớn và do đó độ chính xác của phép đo khá cao (nếu chiều dài của bồn tắm $l$ là khoảng 0,2-1 m).

Công thức (2) có thể được viết lại thành

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

trong đó $n$ là chiết suất tuyệt đối của môi trường trong suốt đang nghiên cứu. Điều này có nghĩa là bằng cách sử dụng thiết bị được đề xuất, cùng với tốc độ ánh sáng trong một chất, người ta cũng có thể xác định được chiết suất của nó.

Như đã biết, các thí nghiệm cổ điển đầu tiên xác định tốc độ ánh sáng trong môi trường trong suốt đã được thực hiện cách đây rất lâu - vào giữa thế kỷ 19 - và tất nhiên là với những nguồn sáng không thể có được. Các thí nghiệm khá cồng kềnh và độ chính xác của các phép đo thấp. Tia laser giúp kiểm tra thí nghiệm cần thiết một cách nhanh chóng, rõ ràng và rõ ràng.

“Liên minh”

khai mạc giải đấu

(Để bắt đầu, xem trang 45)

16. Hãy tự làm điều đó. Thiết kế và chế tạo thiết bị thể hiện hiện tượng không ghép nối.

17. Hãy tự mình nghĩ ra nó. Hãy tự mình tạo ra một vấn đề-bài toán và giải quyết nó. Điều mong muốn là bài toán này có liên quan đến thí nghiệm sắp tới trên sao Hỏa.

Lời giải bài toán được gửi không muộn hơn ngày 20 tháng 5 tới địa chỉ: 119899 Moscow, GSP, Đại học quốc gia Moscow, Khoa Vật lý, Khoa Vật lý Bình, Ban tổ chức Giải đấu.

Đặt trong phong bì:

1. địa chỉ bưu chính và số điện thoại của cơ sở giáo dục (hoặc cơ sở giáo dục); 2) danh sách tác giả lời giải (ghi tên đầy đủ); 3) họ, tên, họ và địa chỉ của trưởng nhóm.

Lời giải của mỗi bài toán được phát hành riêng. Ở đầu lời giải hãy nhớ cho biết thành phố và họ của các tác giả lời giải. Đối với các nhiệm vụ thử nghiệm, hãy đính kèm các mô tả chi tiết về cách lắp đặt, sơ đồ của chúng, tốt nhất là ảnh và dữ liệu thử nghiệm. Hãy nhớ gửi cho chúng tôi một phong bì có dán tem và ghi địa chỉ rõ ràng.

Các đội học sinh - những người chiến thắng trong cuộc thi viết thư - sẽ trở thành người tham gia Giải đấu Fihala dành cho những nhà thám hiểm không gian trẻ, được tổ chức từ ngày 1 đến ngày 24 tháng 8 năm 1989 tại Ufa.

Ấn phẩm được biên soạn bởi E. N. Yunosov, thành viên Hội đồng đại diện của xã hội Soyuz