Определение показателя преломления.

Общие положения

Из опыта известны следующие закономерности поведения ЭМ – волн (света) на границе раздела двух прозрачных диэлектрических сред.

1. Частоты падающего, отраженного и преломлённого света одинаковы.

2. Луч падающий, отраженный и преломлённый лежат в одной плоскости, называемой плоскостью падения.

3. Угол падения равен углу отражения.

4. Выполняется закон преломления Снеллиуса.

Из закона преломления Снеллиуса (n_1*sinα₁=n_2*sinα₂) следует, что при переходе в оптически менее плотную среду луч света отклоняется от нормали к границе двух сред, и при некотором предельном угле падения преломлённый луч становится скользящим вдоль границы раздела сред, что приводит к условию предельного угла полного отражения.

Описание лабораторной установки

Лабораторная установка представляет собой гониометр Г5 с комплектом сменных принадлежностей. Перед выполнением лабораторной работы следует ознакомиться с устройством установки.

Прибор состоит из зрительной трубы 9, коллиматора 4, основания 18 с осевой системой и столиком 24.

Зрительная труба и коллиматор имеют аналогичную конструкцию.

Фокусировка зрительной трубы и коллиматора производятся маховичками 5 и 22 по шкалам 25 и 8, на которых имеется индекс “∞” и деления. Цена одного деления равна 1 мм.

Шкала служит для определения положения фокусирующей линзы при измерении пластинок или призм, имеющих некоторую кривизну поверхности. Винты 6 и 23, расположенные под объективами труб, служат для юстировки визирных осей по вертикали.

Окулярные устройства крепятся к трубам с помощью колец 3 и 21. Коллиматор 4 показан с раздвижной щелью 2, а зрительная труба – с автоколлимационным окуляром–кубом 20. Лимб гониометра и сетки окуляров освещаются лампой, которая помещена в подсветке 17.

Прибор включается в сеть переменного тока общим выключателем 15.

Зрительная труба 9 со стойкой крепится к алидаде 12. Коллиматор установлен на стойке 1, которая закреплена неподвижно на основании 18. Установка оси в вертикальное положение производится винтами 30 по уровню 27, вмонтированному в корпус алидады. Алидада вращается относительно оси прибора и установленного на ней лимба грубо от руки и точно микрометренным винтом 31 при зажатом винте 29.

Лимб может вращаться также вместе с алидадой. Для этого в приборе предусмотрен специальный механизм 13, обеспечивающий соединение лимба с алидадой.

Включение и выключение лимба для совместного или раздельного вращения с алидадой осуществляется рычажками 10 и 11.

При неподвижной алидаде лимб имеет ещё два варианта движений: относительно алидады и столика и вместе со столиком 24.

Вращение лимба относительно столика и алидады осуществляется маховичком 14. Это используется в тех случаях, когда необходимо производить измерения различными участками лимба.

Вращение лимба вместе со столиком производится грубо от руки и точно микрометренным винтом 28.

Столик 24 представляет собой круглый диск, установленный на оси. Столик может вращаться:

- вокруг оси при неподвижном лимбе и алидаде;

- вместе с лимбом относительно алидаде и зрительной трубы;

- вместе с лимбом и алидадой.

Для правильной установки измеряемого предмета предусмотрен наклон столика в двух взаимно перпендикулярных направлениях, осуществляемый с помощью винтов 7 и 26.

Важнейшим узлом гониометра является оптический микрометр, который смонтирован в алидаде 12.

Снятие показаний.

Поле зрения отсчётного микроскопа представляет собой следующее.

В левом окне наблюдаются изображения диаметрально противоположных участков лимба и вертикальный индекс для отсчета градусов, а в правом окне – деление шкалы оптического микрометра и горизонтальный индекс для отсчёта минут и секунд.

Чтобы снять отсчёт по лимбу, необходимо повернуть маховичек 19 оптического микрометра настолько, чтобы верхние и нижние изображения штрихов лимба в левом окне точно совместились. Число градусов будет равно видимой ближайшей левой от вертикального индекса цифре 0. Число десятков минут равно числу интервалов, заключенных между верхним штрихом, который соответствует отсчитанному числу градусов, и нижним оцифрованным штрихом, отличающимся от верхнего на 180˚.

Число единиц минут отсчитывается по шкале микрометра в правом окне по левому ряду чисел. Число десятков секунд – в том же окне по правому ряду чисел. Число единиц секунд равно числу деление между штрихами, соответствующими отсчету десятков секунд, и неподвижным горизонтальным индексом.

Измерение горизонтального угла между нормалями к граням призмы
на одном участке лимба.

Вращением столика с лимбом сначала от руки, а затем (застопорив столик зажимным винтом) наводящим винтом 28 совместить автоколлимационное изображение вертикального штриха с вертикальным штрихом сетки окуляра. Эта операция в дальнейшем называется автоколлимационным наведением.

Снять отсчет А₁ по отсчетному устройству, произвести повторное автоколлимационное наведение, для чего рассовместить и снова совместить изображения штрихов в окуляре с помощью наводящего винта 28. Снять отсчет А₂ . За отсчет направления А принять среднее арифметическое значение.

Сначала от руки, затем наводящим винтом 28 произвести автоколлимационные наведения на следующую грань призмы аналогично предыдущему.

Снять отсчеты В₁ и В₂ и вычислить направление В. Значение угла α определить по формуле: α = А-В.

Таким образом, производится измерение угла одним полуприемом.

Уточненное значение угла находят полным приемом измерения, который заключается в том, что полученное ранее описанным способом значение угла обозначают α_пр (прямой ход), затем определяют значение повернув столик с лимбом в обратном направлении, снова определяют значение А. Из этих измерений находят значение α_обр (обратный ход).

Окончательное значение угла α в полный прием равно: α = (α_пр+ α_обр)×0,5

Измерение угла α на разных участках лимба.

Измерение угла α сопровождается погрешностями:

–автоколлимационного наведения и отсчета;

–погрешностями диаметров лимба на направлениях А и В;

–погрешностями из-за эллиптичностей в осевой системе.

Две последние погрешности для каждого направления являются систематическими. Для уменьшения их влияния на погрешность измерения угла α необходимого измерения повторить на других участках лимба и за действительное значение принять среднее арифметическое из этих измерений.

В перечисленных случаях измерения на гониометре производились на одном участке лимба. Для повышения точности измерения должны быть произведены на разных участках лимба.

Для перехода на другой участок лимба необходимо:

Не снимая призмы со столика, повернуть его верхнюю часть на какой – либо угол (рекомендуется примерно 120˚), застопорить верхнюю часть и поворотом столика с лимбом произвести автоколлимационное наведение на грань призмы. Затем устранить влияние пирамидальности и произвести измерение угла.

Определение показателя преломления.

Сущность метода состоит в том, что при помощи автоколлимационной зрительной трубы гониометра-спектрометра последо­вательно получают два автоколлимационных изображения крес­та окулярной сетки: от передней грани призмы АС и от задней— АВ (см. рисунок)

При отражении от грани АВ пучок лучей претерпевает пре­ломление на грани АС. Разность отсчетов по лимбу спектромет­ра при двух положениях трубы 1 и 2 составит угол отклонения . Угол прелом­ления e', построенный вза­имно перпендикулярными направлениями к граням АВ и АС, становится рав­ным преломляющему углу призмы Q, который должен быть известен из предвари­тельных измерений на том же приборе и также методом автоколлимации. Зная известные углы и Q, определяют показатель преломления по формуле Снеллиуса:

Для определения показателя преломления необходимо поставить призму так, чтобы одна из её граней находилась перпендикулярно визирной оси трубы, и произвести автоколлимационное наведение.

Затем, вращая столик с лимбом, совмещаем автоколлимационное изображение от противоположной грани со штрихами окуляра. Снять отсчет

Содержание отчета

1. Схема установки и ее краткое описание.

2. Результаты измерений, подписанные преподавателем.

3. Результаты определения углов между гранями призмы и коэффициента преломления для различных длин волн.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: