7

Министерство образования РФ

Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики

Кафедра Прикладной и компьютерной оптики. Оптические измерения

Лабораторная работа № 1.3

ИЗМЕРЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ СТЕКЛА НА ГОНИОМЕТРЕ

2006

Задание для работы

1. Настройка гониометра.

2. Измерение показателя преломления стекла призмы автоколлимационным методом.

3. Оценка погрешности измерения.

Описание гониометра

Описание оптической схемы и конструкции гониометра приведены в лабораторной работе 3.2. Там же имеются более подробные сведения об операциях наведения и снятия отсчета.

Описание метода измерений

Контролируемая деталь представляет собой прямоугольную призму с углом при вершине  около 30° (рис.1). Этот угол может быть измерен на гониометре. Наведение выполняется с помощью автоколлимационной зрительной трубы с окуляром Аббе.

К роме угла  измеряется угол i – угол входа и выхода из призмы луча, отраженного от внутренней грани призмы. При этом воспроизводится ход

Рис.1

лучей, показанный на рис.1. Внутри призмы луч перпендикулярен отражающей грани призмы. Только в этом случае лучи, выходящие из призмы, совпадут с лучами входящими в нее.

Примечание. Входной (выходной) гранью может служить и гипотенузная, как показано на рис.1, и большая катетная грань призмы. Для простоты сейчас и далее иллюстрируется только первый случай.

Используя законы преломления и отражения, можно получить формулу для показателя преломления стекла:

n = sini/sin,

где  – угол призмы при вершине,

i – -угол входа и выхода из призмы луча, отраженного от внутренней грани призмы,

n – показатель преломления стекла призмы.

Проведение измерений

1. Настроить гониометр так, как описано в работе 3.2, т.е. установить окуляры автоколлимационной зрительной трубы и отсчетного микроскопа на резкое изображение сеток, выполнить фокусировку автоколлимационной зрительной трубы, выставить столик (и трубу гониометра) перпендикулярно оси вращения лимба.

2. Измерить угол при вершине призмы . Два положения автоколлимационной зрительной трубы относительно неподвижных детали и лимба при измерении угла  показаны на рис.2. Здесь условно показан поворот автоколлиматора относительно лимба. В действительности производят поворот лимба с деталью относительно неподвижного автоколлиматора. Сначала наводятся на изображение, отраженное от одной грани, и снимают отсчет, затем наводятся на изображение от второй грани и также снимают отсчет.

Наведение выполняется путем поворота столика с лимбом (нижний микрометренный механизм на столике). Грубый поворот производится при отжатом стопоре механизма, точный – при зажатом.

Необходимо повторить наведение и снятие отсчета по 5 раз для каждой грани призмы. Результаты записываются в таблицу 1.

Таблица 1

№ измерения	φ1	φ2
1
2
3
4
5

Отсчет снимается с помощью отсчетного микроскопа, в поле зрения которого (рис.3) находятся: изображение двух участков лимба гониометра (основной шкалы) и изображение шкалы компенсатора (дополнительной шкалы). С основной шкалы считываются целые градусы и десятки минут, а с дополнительной – единицы минут и секунды.

Рис.3

Два участка основной шкалы изображаются друг напротив друга так, что можно выполнить их нониальное совмещение с помощью компенсатора. Компенсатор представляет собой оптический микрометр с перемещающимся клином и имеет линейную шкалу. Барабанчик компенсатора диаметром 60мм расположен справа на корпусе гониометра.

Для снятия отсчета необходимо:

а) Выполнить совмещение штрихов верхнего и нижнего участков лимба в поле зрения отсчетного устройства. Для этого производится плавный поворот барабанчика компенсатора. Компенсатор рассчитан на одно деление основной шкалы, поэтому надо совмещать ближайшие друг к другу верхний и нижний штрихи и это будет единственно возможное совмещение;

б) Считать целое число градусов по верхнему участку лимба так, чтобы цифра находилась левее индекса (небольшого вертикального штриха в центре поля зрения); считать число десятков минут с этих же шкал, - оно равно числу целых делений между двумя отсчетами, отличающимися на 180⁰;

в) По шкале компенсатора считать единицы минут – по левой части шкалы - и секунды (до десятых долей) – по правой части шкалы;

г) Суммировать отсчеты по двум шкалам.

3. Включить через специальный пульт натровую лампу. Убрать автоколлимационную подсветку белого света (отвернуть защитный колпачок, вынуть лампочку вместе с патроном). Приставить натровую лампу так, чтобы видеть монохроматическое автоколлимационное изображение.

4. Измерить угол i , для чего требуется в соответствии с рис.4:

а) расположить гипотенузную грань перпендикулярно пучку, получить автоколлимационное изображение, навестись на него, снять отчет φ₃;

б) выполнить наведение на автоколлимационное изображение от внутренней катетной грани, повернув столик с лимбом в соответствии с рис.4, снять отчет φ₄.

Повторить наведение и снятие отсчета 5 раз для каждой грани. Результаты занести в таблицу 2.

Таблица 2

№ измерения	φ3	φ4
1
2
3
4
5

5. Вычислить i =₃ - ₄,

 = 180 - ₁ - ₂,

n = sini/sin.

Точность вычислений – 6 знаков после запятой.

6. Вычислить погрешность результата измерения. Основную погрешность гониометра принять равной 5.

7. Выписать результат измерения, правильно округлив его.