Отчет по практике: Отчет по лабораторной работе 10 По дисциплине

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ



МИНЕСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра общей и технической физики

Отчет по лабораторной работе № 10

По дисциплине Физика

(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)

Тема работы: «Измерение скорости световых волн в различных средах»

Выполнил: студент гр. ГГ-21-1 Энхтувшин У.

(шифр группы) (подпись) (Ф.И.О.)

Дата:

Проверил: ____________

(должность) (подпись) (Ф.И.О.)

Санкт-Петербург

2021

Цель работы

Определить скорость света в воздухе, воде и акриловом стекле, а также определить показатели преломления этих сред.

Краткое теоретическое содержание

Явление, изучаемое в работе: Электрические и магнитные поля в световых волнах.

Определение основных физических понятий, объектов, процессов и величин.

Световая волна – поперечная электромагнитная волна, в которой происходят колебания векторов напряженности электрического поля E и магнитного H.

Свет имеет двойственную корпускулярно-волновую природу: при интерференции и дифракции проявляются, главным образом, волновые свойства света, а при излучении и поглощении - корпускулярные.

Корпускулярные свойства состоят в том, что лучистая энергия испускается и поглощается веществами не непрерывно, а отдельными дискретными порциями — квантами света или фотонами.

Скорость света – абсолютная величина скорости распространения электромагнитных волн в вакууме.

Показатель преломления — безразмерная физическая величина, характеризующая отличие фазовых скоростей света в двух средах.

Физический смысл показателя преломления – он показывает, во сколько раз скорость света в одной среде отличается от скорости света в другой среде

Законы и соотношения, описывающие изучаемые процессы, на основании которых, получены расчетные формулы. Пояснения к физическим величинам и их единицы измерений.

В теории электромагнитного поля (уравнения Максвелла) показывается, что скорость распространения электромагнитных волн в вакууме равна

,

где Ф/м - электрическая постоянная,

Гн/м - магнитная постоянная.

В непроводящей диэлектрической среде электромагнитная волна распространяется со скоростью

,

где ε - относительная диэлектрическая проницаемость среды,

μ - магнитная проницаемость среды. В оптическом диапазоне спектра электромагнитных волн .

Отношение скорости света в вакууме к скорости света в некоторой среде , называется абсолютным показателем преломления этой среды. Для любой среды, кроме вакуума, n > 1. Величина n зависит от частоты света (дисперсия) и состояния среды (плотности, давления и температуры).

Схема установки:



Рисунок 1 – Функциональная схема установки
Основные расчётные формулы

Скорость света в воздухе, м/с: , где

c – скорость света, м/с;

f – частота светового сигнала, Гц;

, м;

– длина пути светового луча, м;

– время запаздывания светового луча, с.

Абсолютный показатель преломления акрила:

, где

– показатель преломления акрила;

– смещение отражателя после установки трубки, мм;

– длина акриловой трубки, мм.

Скорость света в акриле, м/с: , где

– скорость света в акриле, м/с;

Абсолютный показатель преломления воды: , где

– показатель преломления воды;

– смещение отражателя после установки трубки, мм;

Скорость света в воде, м/с: , где

– показатель преломления в воде;

– длина трубки с водой, мм.
Погрешности прямых измерений

Погрешность измерений длины стержня и координаты положения: l_m = 0,5 мм, x = 0,5 мм

Погрешность измерений изменения фазы (φ)=1°,

Погрешность измерений времени распространения светового сигнала, (∆t·1000) = 0,1нс
Погрешности косвенных измерений

Абсолютная погрешность измерений скорости света в воздухе

,

где c – скорость света в воздухе, м/с;

(x) – погрешность измерений перемещения, м;

x – перемещение, м.
Абсолютная погрешность измерений показателя преломления

,

где n – показатель преломления; (x) – погрешность измерений перемещения, м;

x – перемещение, м;

l_m – погрешность измерений длины стержня, мм;

l_m – длина стержня, м.
Абсолютная погрешность измерений скорости света в среде

,

где v - скорость света в среде, м/с;

n –погрешность измерений показателя преломления;

n – показатель преломления.
Абсолютная погрешность измерений пути

,

где (x) – погрешность измерений перемещения, м.
Абсолютная погрешность измерения перемещения

(х) = 2х,

где х – погрешность измерений координаты положения, м.

Таблица 1. Измерение скорости света в воздухе в режиме

№	x0, мм	x, мм	, мм		, м/с
1	0	1466	1466		293 200 000
2		1460	1460		292 000 000
3		1462	1462		292 400 000
4		1453	1453		290 600 000
5		1466	1466		293 200 000
6		1469	1469		293 800 000
				ср=292 533 333

Таблица 2. Измерение скорости света в воздухе в режиме

, мм	, мм
1000	2000	6,7	2,99
1100	2200	7,4	2,97
1200	2400	8,1	2,96
1300	2600	8,8	2,95
1350	2700	9,1	2,97
1400	2800	9,5	2,95
1450	2900	9,9	2,93
1500	3000	10,3	2,91
1550	3100	10,8	2,87
1600	3200	11,1	2,88
			ср=

Таблица 3. Результаты измерения перемещения отражателя (труба с водой)

№	x0, мм	x, мм		nв
1	0	1298	202	1,404	213 675 214
2	0	1308	202	1,404	213 675 214
3	0	1496	204	1,408	213 068 182
4	0	1502	208	1,416	211 864 407
5	0	1500	200	1,400	214 285 714
6	0	1502	206	1,412	212 464 589

Таблица 4. Результаты измерения перемещения отражателя (акриловое стекло)

№	x0, мм	x, мм		nа
1	0	1498	237	1,484	202 156 334
2	0	1495	248	1,504	199 468 085
3	0	1496	238	1,484	202 156 334
4	0	1486	250	1,512	198 412 698
5	0	1475	252	1,514	198 150 594
6	0	1476	246	1,502	199 733 688