Исследование дисперсии оптического стекла (120.

его алидаде. На кожухе лампы имеется прорезь, в которую вставлена пластинка с щелью. Исследуемая призма 3 закреплена в оправе с вклеенными магнитами и установлена на основание гониометрического столика. Углы поворота столика 5 отсчитывают по угловой шкале с нониусным отсчетом. Излучение от ртутной лампы, заполняющее щель, преобразуется коллиматором 2 в параллельный пучок, который направляется на призму, установленную на столике гониометра. На окуляре трубы имеется кольцо 7, с помощью которого можно сфокусировать изображение щели.

Излучение наблюдают визуально с помощью зрительной трубы, сфокусированной на бесконечность, что позволяет восстановить изображение щели. Угол отклонения световых лучей измеряют по отсчетной шкале столика. Значение целых градусов отсчитывают по шкале лимба от нуля нониуса. К данным этого отсчета следует добавить количество десятых долей, снятых по шкале нониуса, — берется деление нониуса, совпадающее с ка- ким-либо делением шкалы лимба.

Порядок выполнения работы

Включите источник света, поверните алидаду гониометра так, чтобы оптическая ось зрительной трубы совпала с осью коллиматора. При этом в поле зрения окуляра трубы появится изображение входной щели коллиматора. Вращением фокусирующего кольца 7 окуляра добейтесь резкого изображения щели.

Задание 1. Определение преломляющего угла призмы θ. Установите исследуемую призму на предметный столик, как

показано на рис. 3 (в работе используется призма АР-90).

С помощью зрительной трубы найдите изображение щели при отражении света от правой грани призмы; совместите изображение щели с нитью окуляра и проведите отсчет угла ψ по лимбу и нониусу гониометра. Аналогичную операцию следует провести для определения угла Ω, соответствующего положению зрительной трубы для случая отражения света от левой грани призмы. Преломляющий угол призмы определяется по формуле

θ 0

ψ

Ω

Рис. 3

Данные измерения следует повторить еще дважды и найти среднее значение θ .

Задание 2. Определение углов наименьшего отклонения ϕmin. для различных длин волн спектра источника света.

Установите призму на предметном столике, как показано на рис. 4: призма немного сдвинута от центра влево, а коллиматоробъектив и окуляр образуют угол, примерно равный 20…25°. Поворачивая трубу гониометра в том же направлении, найдите изображение спектральных линий. С помощью фокусирующего кольца окуляра добейтесь четкого изображения всех линий спектра. Далее, слегка поворачивая трубу в одном направлении, проследите за движением спектральных линий. При некотором определенном угле падения луча на призму наблюдаемая спектральная линия останавливается в поле зрения окуляра, а затем начинает двигаться в обратном направлении. Положение спектральной линии в момент остановки соответствует углу наименьшего отклонения ϕmin. Совместите нить окуляра с выбранной линией спектра и проведите отсчет угла по лимбу и нониусу N1. Данные измерения проделайте для всех пяти линий (областей) спектра — красной, желтой, зеленой, голубой и фиолетовой.

Далее снимите призму со столика и совместите окуляр с оптической осью коллиматора; нить окуляра совместите с изображени-

12

ем щели (при необходимости фокусируйте изображение щели) и по лимбу и нониусу выполните отсчет N2. Угол наименьшего отклонения для любой линии спектра определите по формуле ϕmin = = N1 − N2 . Повторите проделанные измерения еще два раза для

получения средних значений.

θ

20…25°

Рис. 4

Обработка результатов

1. Подставив найденные средние значения θ и ϕmin в формулу (15), рассчитайте показатели преломления n для всех пяти наиболее ярких линий спектра: красной (λ = 612,3 нм), желтой

(λ = 579,0 нм), зеленой (λ = 546,1 нм), голубой (λ = 491,6 нм) и

фиолетовой (λ = 407,8 нм).

2. На миллиметровой бумаге постройте дисперсионную кривую, т. е. зависимость n = f(λ).

13

3.Рассчитайте угловую дисперсию Dϕ по формуле (17) для красной и фиолетовой областей, используя дисперсионную кривую.

4.На миллиметровой бумаге постройте график функции y =

=a + bx, где y = n2 – 1, x = λ12 (см. формулу (13)). Определив по

графику значения величин a и b, с помощью (14) найдите приближенные значения концентрации осцилляторов N и длину волны λ0 (или собственную частоту осцилляторов ω0).

Оцените возможные источники погрешностей.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Что называется дисперсией света? Дисперсией вещества?

2.В чем отличие нормальной дисперсии от аномальной?

3.Что понимают под лоренцовыми осцилляторами?

4.При каком варианте хода лучей угол отклонения лучей приз-

мой принимает наименьшее значение ϕmin?

5.Что называется угловой дисперсией Dϕ и от чего она зависит? Что характеризует угловая дисперсия?

6.Рассчитайте угловую дисперсию Dϕ для случая θ = 45°.

14

ЛИТЕРАТУРА

Литвинов О.С., Горелик В.С. Электромагнитные волны и оптика: Учеб. пособие. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. 448 с.

Иродов И.Е. Волновые процессы. Основные законы: Учеб. пособие для вузов. М.: Лаборатория базовых знаний, 1999. 256 с.

Савельев И.В. Курс общей физики: Учеб. пособие для втузов: В 5 кн. Кн. 4: Волны. Оптика. 4-е изд., перераб. М.: Наука, 1998. 256 с.

Ландсберг Т.С. Оптика. 5-е изд. М.: Наука, 1976. 926 с.

15

16