2.Описание установки и метода измерений.

Используемый в работе метод основан на определении абсолютного показателя преломления (см. [1] раздел 2) вещества путем измерения угла отклонения луча света от первоначального направления после преломления в призме (рис. 4)

А _min

x y i_в

i_п

r₁ r₂

 C

D

B

Рис. 4

При выводе зависимости показателя преломления вещества n от угла отклонения  необходимо получить связь величины  с такими параметрами, как преломляющий угол призмы А(см. [1] раздел 2), угол падения луча на призму i_п, угол выхода луча из призмы i_в, углы r₁ и r₂.

, (9)

где n - абсолютный показатель преломления вещества призмы (n1).

Сложив оба равенства (9) и сделав простые тригонометрические преобразования, получим:

;

;

(10)

Из рис. 4 видно, что угол  как внешний несмежный с углами внутренними x и y равен сумме этих углов, а углы x и y равны соответственно i_п - r₁ и i_в - r₂. Учитывая это, получим:

(11)

Так как  = А, как углы со взаимно перпендикулярными сторонами, а угол  = r₁ + r₂, как внешний несмежный с ними, то

А = r₁ + r₂. (12)

Подставляя (11) и (12) в (10) получаем:

. (13)

Эту формулу можно упростить. Зависимость угла отклонения луча  от угла падения i_п нелинейная и проходит через минимум. Если приравнять к нулю производную d/di_п, можно найти условие, при котором наблюдается _min. Расчеты показывают, что минимальный угол отклонения луча призмой будет в том случае, если угол падения луча i_п будет равен углу выхода i_в, при этом луч внутри призмы должен проходить перпендикулярно биссектрисе преломляющего угла А.

Из условия i_п = i_в следует, что r₁ = r₂. Подставляя оба равенства в (13), получаем формулу:

(14)

Таким образом, измерив наименьший угол отклонения луча данной длины волны и зная преломляющий угол призмы, легко определить показатель преломления призмы для данной длины волны.

Для измерения угла наименьшего отклонения _min между направлениями падающего и выходящего лучей служит гониометр Г-5, устройство которого показано на рис. 5.

Гониометр - прибор, дающий возможность измерять углы отклонения лучей, идущих от коллиматора (1). Коллиматор представляет собой оптическую систему, предназначенную для получения узкого параллельного пучка лучей, идущих от источника света, расположенного перед щелью (2). Регулировку ширины пучка производят с помощью винта (3), изменяющего ширину щели. На столике (4) может быть помещен любой исследуемый объект, а в данной работе здесь ставят стеклянную призму.

Рис. 5

Изображение дифракционной картины рассматривают в зрительную трубу (5), которая может поворачиваться вокруг вертикальной оси прибора вместе с алидадой (6), снабженной угломерным микроскопом (7), при ослабленном стопорном винте (9). Зрительная труба (5) снабжена фокусировочным винтом (8). Чтобы осуществить точную наводку зрительной трубы на исследуемый объект, винт (9) следует закрутить не применяя больших усилий и осуществить микроподачу винтом (10).

Отсчетное устройство состоит из алидады (6) и угломерного микроскопа (7), в поле зрения которого имеется шкала, показанная на рис. 3. Отсчетное устройство снабжено маховичком (11), дающим возможность привести шкалу в отсчетное положение.

Шкала микроскопа состоит из двух частей. В левом большом окошке изображены диаметрально противоположные участки лимба и вертикальный индекс для отсчета числа градусов и десятков минут. В правом маленьком окошек находится шкала с горизонтальным индексом, дающая возможность отсчитывать единицы минут и секунды.

Отсчетное устройство, смонтированное в алидаде (6), состоит из стеклянного лимба, на поверхность которого нанесена шкала с делениями. Лимб разделен на 1080 делений, цена деления 20”. Оцифровка делений произведена через 1^О. При помощи сложной оптической системы в отсчетный микроскоп передается изображение штрихов двух противоположных участков лимба и оптического микрометра, имеющего 600 делений.

Рис. 6

Перемещая маховичок (11) (рис. 5) оптического микрометра можно совместить и развести изображения диаметрально противоположных участков лимба. При перемещении шкалы оптического микрометра на 600 делений верхнее изображение штрихов лимба смещается относительно нижнего на 10’. Следовательно, каждое деление шкалы оптического микрометра соответствует 1/600 от 10’, т.е. углу равному 1”.

Чтобы снять отсчет, прежде всего надо поставить шкалу гониометра в отсчетное положение, а для этого вращаем маховичок (11) до совмещения двойных штрихов на верхней и нижней половинах основной шкалы (рис.6).

Число градусов равно ближайшей слева к вертикальному индексу цифре. На рис. 6 отсчет соответствует 0^О. Число десятков минут равно числу интервалов двойных штрихов между штрихом, обозначающим целое число градусов и числом, отличающимся от него на 180^О и изображенным на нижней шкале в перевернутом виде. На рис. 6 имеем один интервал между штрихами 0 и 180, это соответствует 10’.

Число единиц минут и секунды определяем по правой шкале, которая имеет правую и левую стороны. На левой стороне шкалы горизонтальный индекс отмечает единицы минут, а на правой стороне - секунды. Отсчет, снятый по рис. 6 читается так: 0^О 15’ 57”.