Лабораторная работа №6. ИЗМЕРЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРЕЛОМЛЕНИЯ И ДИСПЕРСИИ МАТЕРИАЛА С ПОМОЩЬЮ ГОНИОМЕТРА-СПЕКТРОМЕТРА ГС-5

Цель работы: ознакомиться с назначением и устройством гониометра-спектрометра; измерить угол между гранями призмы или клина методом отражения и автокаллимации; измерить показатель преломления по способу наименьшего отклонения луча и методом автокаллимации, определить дисперсию материала призмы.

Приборы и принадлежности:

1. Гониометр-спектрометр.

2. Монохроматор. 3. Исследуемая призма. 4. Ртутная лампа.

Изучить к выполнению работы следующие вопросы:

1. Методы измерения углов между плоскими полированными гранями твердых тел.

2. Показатель преломления вещества. Методы измерения показателей преломления.

3. Дисперсия вещества. Методы определения дисперсии вещества.

4. Устройство, оптическая схема гониометра и методика работы с ним.

Литература:

1. Г. С. Ландсберг. Оптика. М.: наука, 1976.

2. Описание ганиометра-спектрометра ГС-5

II. Измерение показателя преломления стекла по способу наименьшего отклонения луча (Рис.8)

Измерение наименьшего угла отклонения следует производить следующим образом:

Рисунок 8. Измерение показателя преломления стекла по способу наименьшего отклонения луча.

К-коллиматор; Т - зрительная труба; I – первое положение зрительной трубы; II – второе положение зрительной трубы; α – угол между гранями призм; δ – наименьший угол отклонения.

Призму установить на столике, как указывалось в задании I. Щель осветить монохроматическим светом. Найти изображение коллиматора в поле зрения трубы. Наблюдая в трубу, поворачивать от ручки в одном направлении столик с призмой. При этом изображение щели будет двигаться по полю зрения и в некоторый момент начнет двигаться в обратном направлении, несмотря на то, что вращение столика продолжается в том же направлении. Момент изменения направления движения изображения щели и его то положение щели, при котором световые лучи идут под наименьшим углом отклонения. Установив момент остановки изображения щели, снять отсчет по лимбу А₁. Сняв призму со столика, совместить изображение щели с перекрестием сетки трубы и отсчитать по лимбу: А₂. Наименьший угол отклонения будет равен: . Угол между гранями призмы рекомендуется брать α=60⁰. Значение используется для определения показателя преломления по формуле: где: α – угол между гранями призм.

Определенный таким образом показатель преломления n стекла призмы будет соответствовать той длине волны излучения, которая пользовалась для освещения щели.

III. Измерение угла между гранями призмы или клина с помощью автоколлиматора.

Призму или клин установить на столик так, чтобы одна из граней располагалась перпендикулярно одному из винтов наклона столика. Поворачивая зрительную трубу в горизонтальной плоскости и пользуясь наводящим винтом столика, найти автоколлимационное изображение столика перекрестия. С помощью винтов автоколлимационное изображение совместить с перекрестием сетки трубы. Поворотом в горизонтальной плоскости трубы или столика с призмой на величину β (рис.9) найти автоколлимационное изображение креста от второй грани призмы и совместить его с перекрестием сетки. При обратном повороте трубы может получиться не совпадение автоколлимационного изображения с перекрестием сетки.

Совмещение автоколлимационных изображений, полученных от обеих граней призмы, с перекрестием сетки зрительной трубы по вертикали достигают с помощью двух винтов наклона столика. Правильная установка призмы получится в том случае, когда перекрестие сетки зрительной трубы будет строго совмещаться от обеих граней. В этом случае ребро призмы установлено параллельно си вращения прибора. Измерение угла нужно производить следующим образом.

При совмещении перекрестия сетки трубы с его автоколлимационным изображением, полученным от первой грани, снять отчет А₁ по лимбу.

Повернув трубу или столик с лимбами до совмещения перекрестия с его автоколлимационным изображением от второй грани, снять второй отчет А₂. Угол призмы α получается как разность 180⁰ и измеренного на гониометре угла β. α=180⁰-β; β=А₁-А₂; При переходе через 0⁰:

Рисунок 7. Схема измерения угла между гранями призмы или клина методом отражения. К – коллиматор, Т – зрительная труба, α – угол призмы, γ – измеренный угол.

IV. Измерение показателя преломления методом автокаллимации. (рис.9)

Для определения показателя преломления стекла надо измерить угол α между гранями клина и угол автокаллимации δ. Угол между гранями клина при этом способе должен быть малым. Измерения производить, как в задаче III, а угол автоколлимации определить в процессе измерения угла α следующим образом.

Нанести зрительную трубу на первую грань клина, с помощью винтов микрометренной наводки столика совместить автоколлимационное изображение с перекрестием сетки трубы и снять отчет по лимбу А₁.

Поворачивая трубу, найти положение, при котором автоколлимационное изображение, полученное от внутренней поверхности второй грани клина, совмещено с перекрестием сетки. Автоколлимационное изображение, полученное от внутренней поверхности второй грани, будет менее резким, чем первое, с небольшой окраской по краям перекрестия. После точного совмещения автоколлимационного изображения перекрестия с перекрестием сетки трубы, снять отсчет А₂.

Разность двух отсчетов даст угол автоколлимации:

Рисунок 9. Схема измерения угла между гранями призмы или клина методом автоколлимации.

I – первое положение зрительной трубы

II – второе положение зрительной трубы

Рисунок 10. Схема измерения показателя преломления стекла методом автоколлимации.

I - первое положение трубы,

II – второе положение трубы,

δ – угол автоколлимаци

При данном методе измерения необходимо пользоваться осветителем монохроматического света, позволяющим освещать сетку окуляра монохроматического света.

V. Определение дисперсии и разрешающей способности стеклянной призмы.

Определив углы наименьшего отклонения для фиолетовой, красной и желтой линий, вычисляют соответствующее значение показателя преломления n по формуле (1). Строят график, откладывая по оси абсцисс длину волны, а по оси ординат (n-1) для всех вычисленных значений показателя преломления. Из графика определяют дисперсию , затем оценивают разрешающую способность призмы по формуле: ,

где: b- основание призмы, вдоль которого идет свет. Если световой пучок не заполняет всей призмы, то R вычисляется по формуле: