Сделай Сам Свою Работу на 5

Упражнение 2 - «Определение показателя преломления и дисперсии материала призмы»





Определение показателя преломления и дисперсии призмы

с помощью гониометра

 

Цель работы: определение показателя преломления вещества призмы по наименьшему углу отклонения и исследование зависимости показателя преломления от длины волны.

 

  Рис.1. Ход луча в призме при минимальном угле отклонения

Угол отклонения – это угол φ между лучом, падающим на преломляющую грань призмы, и лучом, вышедшим из призмы. Величина этого угла зависит от угла, под которым луч входит в призму, и принимает минимальное значение φmin при симметричном ходе лучей (рис.1).

Зная величины угла φmin и преломляющего угла А призмы можно определить (см. Годжаев Н.М., Оптика, М., 1977, стр.190.) показатель преломления вещества n, из которого изготовлена эта призма:

Зависимость показателя преломления от частоты света (или длины волны) называется дисперсией. Если построить график функции n = f(l) (он называется дисперсионной кривой), то по нему можно определить dn/dl - дисперсию материала, из которого изготовлена призма.

 

Конструкция установки.Основой экспериментальной установки является гониометр – прибор для измерения двугранных углов оптическим методом (рис.2).



 

Основные узлы и детали гониометра

1 – Коллиматор. Он служит для создания светового потока, все лучи которого параллельны. Для этого на входном торце коллиматора, в фокальной плоскости его линз, установлена узкая щель. Ее ширина регулируется винтом 2.

3 – Зрительная труба для рассматривания щели. Слева от окуляра имеется винт регулировки четкости изображения.

4 – Угломерный круг с двумя измерительными устройствами (ИУ). ИУ представляет собой нониус с окуляром для увеличения изображений отсчетных шкал. В процессе выполнения работы все отсчеты надо снимать всегда с одного и того же ИУ.

  Рис. 2. Гониометр с призмой

5 – Столик для призм.

6 – Винт крепления столика.

7 – Осветитель с гелиевой лампой.

8 – Блок питания лампы.

 

Если перед объективом зрительной трубы поставить белую бумагу, то в ее окуляре можно увидеть горизонтальную и вертикальную нити прицела. Они предназначены для точного прицеливания зрительной трубы на то или иное изображение щели. Резкость изображения нитей настраивается винтом, расположенным слева от окуляра.



  Рис. 3. Показания измерительной шкалы. Слева 307О 14', справа 181О 45'.

Измерительная шкала угломерного круга состоит из основной шкалы и нониуса. Основная шкала проградуирована в градусах, с ценой деления 30'. По вспомогательной шкале нониуса отсчитывают доли делений основной шкалы с точностью 1'. В качестве примера на рис. 3 представлены два показания измерительной шкалы.

 

Упражнение 1 – «Определение преломляющего угла призмы»

 

1. Развернуть гониометр «щелью к себе». Вращая винт 2 убедиться, что ширина щели меняется. Установить ширину щели в пределах 0,5 – 1 мм (цена деления шкалы регулировочного винта 0,01 мм).

 

2. Включить гелиевую лампу и установить ее выходноеокно вблизи щели коллиматора. Изображение этой щели наблюдать в окуляре зрительной трубы в виде вертикальной оранжевой полоски, причем вертикальная нить прицела должна проходить по середине этой полоски. Для настройки четкости изображения использовать винт регулировки окуляра.

 

3. Установить призму на столик в соответствии со схемой (рис. 4). Повернуть зрительную трубу так, чтобы увидеть в ней изображение щели, отраженное одной из граней призмы (левое положение зрительной трубы на рис. 4). Записать отсчет j1, соответствующий этому положению зрительной трубы. Повернуть трубу так, чтобы увидеть изображение щели, отраженное другой гранью призмы (правое положение зрительной трубы на рис. 4). Записать соответствующий отсчет j2.

 

4. По паре полученных отсчетов определить угол поворота трубы:



В = │j2 – j1│.

Значение искомого угла А призмы равно половине угла повороты трубы:

А = В/2 .

 

  Рис. 4. Схема измерения преломляющего угла призмы

5. Повторить измерения несколько раз и оценить доверительный интервал.

Упражнение 2 - «Определение показателя преломления и дисперсии материала призмы»

Для определения показателя преломления вещества, из которого изготовлена призма, необходимо измерить угол наименьшего отклонения луча и знать значение преломляющего угла призмы, найденное в упражнении 1.

 

1. Убрать со столика призму. Установить ширину щели 150 мкм.

 

2. Повернуть зрительную трубу так, чтобы видеть в ней изображение щели коллиматора, совместить с ним вертикальную нить прицела и записать отсчет a0 (направление падающего луча).

 

3. Установить призму на столике так, чтобы выходящий из коллиматора световой поток проходил сквозь призму (рис. 5). Поворачивая трубу, увидеть в окуляре линейчатый спектр излучения гелиевой лампы (рис. 6). Установить желтую линию (587,6 нм) в середине поля зрения.

 

Рис. 5. Схема наблюдения спектра

4. Ослабив винт 6 крепления столика (рис. 2), медленно поворачивать рукой столик с призмой в одном направлении, одновременно поворачивать другой рукой зрительную трубу, не выпуская при этом из поля ее зрения изображение спектра. Выявить диапазон положений столика, в котором при его вращении в одном и том же направлении наблюдаемый в трубу спектр сначала будет смещаться в одну сторону, а затем – в другую. Момент, при котором происходит смена направления движения спектра, соответствует такому положению призмы, при котором угол отклонения ею световых лучей минимален.

  Рис. 6. Наблюдение спектра в окуляре зрительной трубы гониометра

 

5. Вертикальную нить прицела совместить с крайней красной спектральной линией, снять соответствующий отсчет a и вычислить величину jmin = a - a0 для лучей этого цвета. Аналогично определить минимальные углы отклонения для остальных линий спектра излучения гелиевой лампы. Для повышения точности измерений предварительно следует уменьшить ширину щели на коллиматоре до приемлемой.

 

6. По найденному в упражнении 1 преломляющему углу А призмы и величинам углов jmin вычислить значения показателя преломления n для каждой спектральной линии.

 

7. Построить дисперсионную кривую - график зависимости показателя преломления материала призмы от длины световой волны n = f(l). Длины волн спектральных линий гелия приведены под фотографией спектра на рис. 7.

  Рис. 7. Распределение спектральных линий излучения гелия. Длины волн указаны в нанометрах

 

8. Определить дисперсию материала призмы для разных участков спектра. Для этого провести две касательные к построенному графику: одну в длинноволновом (красном) и одну в коротковолновом (фиолетовом) участках. Для каждого участка вычислить отношение Δn/Δl, где Δn - приращение показателя преломления при соответствующем приращении длины волны Δl.

 

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.