Экспериментальная установка

Рис. 4.2. Ход лучей сквозь стеклянную призму	Рис. 4.3. Вид установки

Измерение углов А и δ_min производится с помощью специального оп­тического прибора, который служит для измерения углов и носит название гониометра (рис. 4.3). Он состоит из спектральной лампы (1), с укрепленной на корпусе, с помощью магнитного держателя, щелью, равной 50 мкм, тубуса с линзой (2), объектива коллиматора (3), кругового лимба (4), предмет­ного столика (7), на который устанавливается призма (5), и окуляра (6).

Для того чтобы щель была расположена в фокальной плоскости объектива - коллиматора, и коллиматор, освещенный светом лампы, давал параллельный пучок лучей, нужно немного подвигать объектив - коллима­тор. Изображение должно быть резким. Окуляр может вращаться вокруг оси кругового лимба, оставаясь направленным всегда по его радиусу.

Лимб разделен на 360°. Вдоль шкалы лимба расположен нониус, с помощью ко­торого снимают показания в десятых долях градуса. Перемещая окуляр, нужно добиться его совмещения с осью линии спектра и снять угловую координату окуляра (то есть данной спектральной линии) по лимбу и но­ниусу с точностью до 0,1°. Отсчет целых градусов производить по шкале лимба против нониуса. К этим данным следует добавить количество десятых долей, снятых по шкале нониуса - первое деление нониуса, совпадающее с каким-либо делением шкалы лимба.

Спектр состоит из следующих длин волн: ярко-красная 631,0 нм; две желтые - 576,9 нм и 579.2 нм; зеленая - 546,0 нм и; голубая - 491.6 нм; си­няя - 435,8 нм; две фиолетовые - 407,7 нм и 404,7 нм.

Порядок выполнения работы

1. Включите источник света, повернув окуляр так, чтобы его оптиче­ская ось совпадала с осью коллиматора. При этом в поле зрения окуляра появится изображение входной щели коллиматора. Перемещая окуляр фокусировочным винтом, нужно добиться резкого изображения щели. Установите изображение щели параллельно отсчетной нити окуляра 2. Определите преломляющий угол А призмы. На предметный сто­лик поставьте призму так, чтобы биссектриса преломляющего угла призмы (угол, противоположный зачерненному основанию) примерно совпадала с осью освещенного коллиматора.

В этом случае боковые грани призмы ра­ботают как зеркала. Сначала невооруженным глазом, а затем с помощью окуляра получите изображение входной щели освещенного коллиматора по направлению отраженных от боковых граней призмы лучей. Поворачи­вая окуляр, совместите его нить с изображением щели сначала справа от оптической оси коллиматора, а затем слева. Снимите отсчеты по лимбу и нониусу гониометра (N₁ и N₂ не менее трех раз). При таком, положении призмы искомый угол А равен:

, (4.6)

где и- средние значения отсчетов по лимбу и нониусу для од­ного и того же угла. Если при перемещении из положения справа в поло­жение слева от оптической оси коллиматора окуляр проходит через ноль лимба, тогда

. (4.7)

По трем измерениям углов N₁ и N₂ определите преломляющий угол призмы не менее трех раз и найдите среднее значение.

3. Измерьте углы наименьшего отклонения для различных длин волн спектра лампы: красная 646.0 нм; ярко-красная 631,0 нм; две оранжевые 612.3 нм и 607.2 нм; две желтые - 576.9 нм и 572.9 нм; две зеленые - 546.0 нм и 541.5 нм; три синих - 491.6 нм, 465.0 и 463.0; две фиолетовые – 407.7 нм и 404.7 нм.

Прежде всего, необходимо увидеть в окуляр линейча­тый спектр лампы. Для этого элементу установки установите в следующем порядке: поместите призму на предметном столике так, чтобы один угол основанием был направлен в коллиматор-объектив, а другой смежный угол - в окуляр (при этом коллиматор-объектив и окуляр образуют угол, примерно равный 60°). Слегка поворачивая столик с призмой и окуляр вблизи данного положения, нужно добиться четкого изображения линий спектра. Далее, следует повернуть столик с призмой в одном направлении и проследить за движением выделенной спектральной линии. Сначала сле­дует выделять либо самую последнюю линию справа, либо - слева (чтобы в дальнейшем было удобно отслеживать движения последующих линий).

Необходимо заметить, что при некотором определенном угле падения лучана 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 луча δ_min.

4. Снимите отсчет N₃ по лимбу и нониусу, совместив отсчетную нить окуляра с линией спектра в положении минимального отклонения. Сними­те показания не менее 3 раз для всех спектральных линий. Далее, чтобы измерить угловую координату лучей, снимите призму со столика и совмес­тите окуляр с оптической осью коллиматора, совместите отсчетную нить с изображением входной щели и снимите отсчет N₄. Тогда угол наименьше­го отклонения для любой спектральной линии (см. рис. 4.2) определяется по следующей формуле:

δ_min = <N₃> - <N₄>. (4.8)