Министерство образования Российской Федерации
Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
(технический университет)
Отчёт по лабораторной работе № 4
По дисциплине: Физика
(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)
Тема: Изучение преломления света призмой. Изучение дисперсии света.
Выполнил: студент гр. ЭР-03-1 ______________ /Попов П.П./
(подпись) (Ф.И.О.)
ОЦЕНКА: _____________
Дата: __________________
Проверил: ____________ /Мезенцев А.П./
(подпись) (Ф.И.О.)
Санкт-Петербург
2004 год.
Цель работы: Измерение показателя преломления стекла для лучей нескольких длин волн и построение графика зависимости показателя преломления от длины волны.
Определение преломляющего угла призмы
1 . Повернуть столик так, чтобы призма была обращена преломляющим ребром в сторону коллиматора (рис. 6).
2. Повернуть зрительную трубу так, чтобы в неё попадал свет, отражённый от одной из граней призмы. При этом должна быть видна узкая линия светло-голубого цвета. Совместить визир с серединой изображения и определить положение зрительной трубы φ1 по отсчётному устройству.
3. Не меняя положения столика с призмой, повернуть зрительную трубу так, чтобы в неё входил свет, отражённый от другой грани призмы. Навести визир на середину изображения входной щели и определить φ2.
4. Найти разность полученных отсчётов Δφ. Из рис. 6 видно, что Δφ равна удвоенному преломляющему углу призмы. Из четырёхугольника DBEO:
360о – Δφ + 2β +2α = 360о.
Отсюда
γ = α + β = Δφ/2.
Таблица 1
Номер измерения |
Отсчет слева , град |
Отсчет справа , град |
|||
1 |
294˚17’19” |
186º17´31´´ |
107º59´48´´ |
53º59´58´´ |
0º0´18´´ |
2 |
294º17´20´´ |
186º18´51´´ |
107º58´29´´ |
53º59´15´´ |
|
3 |
294º17´18´´ |
186º17´41´´ |
107º59´37´´ |
53º59´48´´ |
Определение угла наименьшего отклонения
Угол наименьшего отклонения должен быть определён для жёлтой*), зелёной и фиолетовой линий ртути.
1. Повернуть столик с призмой так, чтобы свет, выходящий из коллиматора, падал на грань АВ под некоторым углом (рис. 7).
2. Повернуть зрительную трубу так, чтобы в окуляр была видна одна из линий, например, фиолетовая. Если необходимо, дополнительно сфокусировать окуляр.
3. Найти то положение призмы, при котором угол отклонения минимален. Для этого, наблюдая в трубу, поворачивать от руки в одном направлении столик с призмой. При этом изображение щели будет передвигаться по полю зрения и в некоторый момент времени начнет двигаться в обратном направлении, несмотря на то, что вращение столика продолжается в том же направлении. Момент изменения направления движения изображения щели и есть то положение призмы относительно коллиматора, при котором световые лучи идут под наименьшим углом отклонения.
4. Найдя положение наименьшего отклонения, совместить визир зрительной трубы с серединой спектральной линии. Слегка повернув столик в обоих направлениях, убедиться, что установка соответствует углу наименьшего отклонения. После этого отсчитать угол поворота зрительной трубы по лимбу. Выполнить измерение трижды, каждый раз сбивая настройку и вновь устанавливая столик с призмой в положение угла наименьшего отклонения.
5. Настроить призму на угол наименьшего отклонения для другой длины волны и получить отсчеты. Выполнить настройку и провести измерение и для третьей длины волны излучения ртути.
6. Повернуть столик с призмой так, чтобы свет из коллиматора попадал на грань призмы ВС (рис. 7, пунктирная линия). Повторить все действия, описанные в п.п. 2 – 5 для всех длин волн.
7. Рассчитать удвоенный угол наименьшего отклонения как разность отсчётов положения зрительной трубы при падении света на грань АВ и ВС.
n = (sin (γ + δ)/ 2)/(sin (γ/2)).
Таблица 2
Спектральная линия |
Отсчет положения зрительной трубы, град |
Удвоенный угол наим. отклонения |
|||
нм |
грань АВ |
грань ВС |
град |
град |
Град |
579 |
1. 27º04´03´´ 2. 27º03´38´´ 3. 27º18´15´´ |
1. 306º29´31´´ 2. 306º25´39´´ 3. 306º25´41´´ |
279º25´28´´ 279º22´1´´ 279º7´26´´ |
139º42´44´´ 139º41´1´´ 139º33´43´´ |
0º2´2´´ |
546,1 |
1. 27º18´16´´ 2. 27º18´04´´ 3. 27º18´10´´ |
1. 306º11´24´´ 2. 306º11´18´´ 3. 306º11´37´´ |
278º53´8´´ 278º53´14´´ 278º53º27´´ |
139º26´34´´ 139º26´37´´ 139º26´45´´ |
0º0´4´´ |
435,8 |
1. 28º53´49´´ 2. 28º53´09´´ 3. 28º53´25´´ |
1. 304º51´45´´ 2. 304º48´27´´ 3. 304º50´18´´ |
275º57´56´´ 275º55´18´´ 275º54´53´´ |
137º58´53´´ 137º57´39´´ 137º57´56´´ |
0º0´29´´ |
Определение показателя преломления
Таблица 3
λ0, нм |
γ, град. |
δ, град. |
γ/2, град. |
sinγ/2 |
n |
∆n |
||
579 |
53º59´40´´ |
139º38´58´´ |
26º59´50´´ |
0,454 |
96º49´19´´ |
0,993 |
2,187 |
0,37 |
546,1 |
139º26´39´´ |
96º43´9´´ |
0,994 |
2,189 |
0,37 |
|||
435,8 |
137º58´09´´ |
95º58´45´´ |
0,996 |
2,194 |
0,36 |
Формулы для расчета погрешности
1. Случайная погрешность измерений:
.
2. Погрешность косвенных измерений показателя преломления стекла:
.
2 . Cтроим график, по оси абсцисс откладываем длину волны, по оси ординат – показатель преломления. Масштабы по обеим осям выбираем в соответствии с пределами изменения длины волны и показателя преломления.
Окончательный результат
Показатель преломления стекла для красных лучей (2,187±0,37), для зеленых лучей (2,189±0,37), для фиолетовых лучей (2,194±0,36).
Призма разлагает лучи в спектр по значениям показателя преломления, который для прозрачного стекла с увеличением длины волны уменьшается. То есть красные лучи отклоняются призмой слабее, чем фиолетовые. Из полученной зависимости n=f(λ) делаем вывод, что имеем дело с нормальной дисперсией.
*.