Отчет по лабораторной работе 10 По дисциплине
 Скачать 0.53 Mb.
|
|
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. АХ-21 Милостивый Т.В. . (шифр группы) (подпись) (Ф.И.О.) Дата: Проверил: ____________ (должность) (подпись) (Ф.И.О.) Санкт-Петербург 2022 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:  , гдеc – 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: lm = 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; lm – погрешность измерений длины стержня, мм; lm – 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) = 2х, где х – погрешность измерений координаты положения, м. Таблица 1. Измерение скорости света в воздухе в режиме 
Таблица 2. Измерение скорости света в воздухе в режиме
Таблица 3. Результаты измерения перемещения отражателя (труба с водой)
Таблица 4. Результаты измерения перемещения отражателя (акриловое стекло)
Примеры вычислений Исходные данные: f = 50MГц, lm (вода) = 52,3см, lm (стекло) = 48,9см Вычисления величин: Пример вычисления для таблицы №1 примера №1 Перемещение x = x – x0 = 146,6 *10-2 – 0 = 146,6*10-2 м Скорость света в воздухе  4*50*106*146,6*10-2 = 2,932*108 м/сПример вычисления для таблицы №2 примера №1 Скорость света в воздухе  м/сПример вычисления для таблицы №3 примера №1 Перемещение x = x – x0 = 150,0*10-2 – 129,8*10-2 = 20,2*10-2 м Показатель преломления воды  Скорость света в воде  Пример вычисления для таблицы №4 примера №1 Перемещение x = x – x0 = 173,5*10-2 – 149,8*10-2 = 23,7*10-2 м Показатель преломления акрила  Скорость света в акриле  Вычисление погрешностей косвенных измерений Абсолютная погрешность измерений перемещения (x) = 2x = 2*0,5*10-3=1*10-3м Абсолютная погрешность измерений пути  Абсолютная погрешность измерений скорости света в воздухе  Абсолютная погрешность измерений скорости света в среде  (при работе с водой) (при работе с акрилом)Абсолютная погрешность измерений показателя преломления  (при работе с водой) (при работе с акрилом)Результаты Скорость света в воздухе c = (2,925 ± 0,002)*108 м/с Скорость света в воде v = (2,13 ±0,02 )*108 м/с Скорость света в акриле v = (2,00 ± 0,01)*108 м/с Показатель преломления в воде n = 1,40 ± 0,08 Показатель преломления в акриле n = 1,48 ± 0,09 Сравнительная оценка Теоретическое значение скорости света: В воздухе: 3*108 м/с В воде: 2,25*108 м/с В акриле: 2,01*108 м/с Теоретическое значение показателя преломления: Для воды: 1,33±0,33 Для акрила: 1,51±0,33 Расхождение теоретического и экспериментального значений:   (для воды) (для акрила)Вывод: В ходе лабораторной работы была определена скорость света в воздухе, воде и акриловом стекле, а также были определены показатели преломления этих сред. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
, м/с
ср=292 533 333
