10.4 Описание установки

Для точного измерения углов дифракции в данной лабораторной работе используется прибор, называемый гониометром . Схематическое устройство гониометра приведено на рисунке 10.2.

Рисунок 10.2

Основные части гониометра: закрепленные на общей оси круг с делениями (лимб), коллиматор, зрительная труба и столик с дифракционной решеткой. Коллиматор предназначен для создания параллельного пучка лучей. Он состоит из наружного тубуса, в котором закреплена линза Л, и внутреннего с входной щелью S. Ширина щели может регулироваться микрометрическим винтом. Щель располагается в фокальной плоскости линзы Л, поэтому из коллиматора выходит параллельный пучок лучей. Зрительная труба также состоит из двух тубусов: наружного, в котором закреплен объектив M, и внутреннего с закрепленным в нем окуляром N. В фокальной плоскости объектива располагается визирная нить. Если прибор отъюстирован, то визирная нить и изображение освещенной щели коллиматора в поле зрения окуляра видны отчетливо.

Лимб разделен на 360 градусов, расстояние между градусными делениями разделено на две части по 30 минут каждая, т.е. цена деления лимба 30 минут. Для более точного отсчета углов имеется нониус Н, имеющий 30 делений, общая длина которых составляет 29 делений лимба. Поэтому точность деления нониуса равна:

, (10.12)

так как ,где – цена деления лимба, с – цена деления нониуса.

Если цена деления лимба 30 минут и нониус содержит 30 делений, то точность деления нониуса равна одной минуте.

Отсчет угла гониометра производят следующим образом. Отмечают число целых делений по шкале лимба напротив нуля нониуса (отсчет берется от нуля нониуса), затем делают отсчет по шкале нониуса: выбирают такое деление нониуса, которое совпадает с каким-либо делением шкалы лимба. Измеренный угол будет равен:

, (10.13)

где k – число делений по шкале лимба;

m – число делений нониуса до деления, точно совпадающего с делением шкалы лимба;

 – цена деления лимба;

Δ – точность нониуса.

Для случая, приведенного на рисунке 10.3, число делений лимба до 0 нониуса 19,5, что соответствует 19 градусам и 30 минутам.

Рисунок 10.3

Нуль нониуса не совпадает с делениями лимба, совпадает пятое деление нониуса. Следовательно, угол отсчета равен 19 градусам и 35 минутам.

На столике гониометра закреплена дифракционная решетка так, что ее плоскость, обращенная к зрительной трубе, совпадает с диаметром столика. Столик гониометра устанавливается таким образом, чтобы дифракционная решетка была перпендикулярна оси коллиматора. Щель коллиматора освещается ртутной лампой.

Если зрительная труба установлена по оси коллиматора, то в поле зрения видно изображение щели – главный максимум нулевого порядка. При смещении зрительной трубы вправо или влево можно увидеть сначала синюю, затем зеленую и желтую линии спектра первого порядка. При дальнейшем повороте зрительной трубы в ее поле зрения окажутся в той же последовательности спектральные линии второго порядка, затем третьего и т.д.

Для определения угла дифракции какой-либо волны необходимо навести визирную нить зрительной трубы на середину линии соответствующего цвета слева от нулевого максимума, закрепить винт, фиксирующий положение трубы, и произвести отсчет угла, например ₁, затем, освободив винт, навести визирную нить зрительной трубы на середину линии такого же цвета в том же порядке спектра справа от нулевого максимума и, закрепив винт, сделать отсчет угла₂. Разность отсчетов даст удвоенный угол дифракции (рисунок 10.4), а угол дифракции будет равен:

(10.14)

Рисунок 10.4

10.5 Приборы и материалы: дифракционная решетка, осветитель, гониометр.