Белорусский национальный технический университет
ПРИБОРОСТРОИТЕЛЬНЫЙ ФАКУЛЬТЕТ
Кафедра экспериментальной и теоретической физики
ОПТИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ
ГОНИОМЕТРА Г-5
Указания к лабораторной работе № 3
по курсу "Общая физика "
Раздел "Оптика и атомная физика "
Минск 2005 г.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N 3
ОПТИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ
ГОНИОМЕТРА Г-5
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Изучить принцип работы гониометра и его основных узлов.
Измерить углы между гранями стеклянной призмы.
НАЗНАЧЕНИЕ И ПРИНЦИП РАБОТЫ ГОНИОМЕТРА И ЕГО ОСНОВНЫХ УЗЛОВ
Назначение гониометра и принцип его работы.
Гониометр - оптический прибор для измерения углов. Гониометр используется для измерения углов между плоскими полированными гранями различных деталей, для измерения показателей преломления прозрачных материалов, для определения параметров дифракционных решёток и измерения длин волн спектральных линий.
Измерение углов на гониометре осуществляется абсолютным методом, т.е. путём сравнения с точно градуированным лимбом (круговой шкалой) .При сравнении используется коллиматор и зрительная труба (или автоколлиматор ), а также отсчётное устройство.
Назначение и принцип действия коллиматора.
Коллиматор – оптическое устройство для получения пучков параллельных лучей.
Коллиматор состоит из объектива, в фокальной плоскости которого помещена непрозрачная диафрагма с узкой щелью (рис.1). Щель освещается с помощью не показанного на рисунке осветителя. Объектив и диафрагма укреплены в зачернённой изнутри трубе.
Оптическая схема коллиматора
1 - диафрагма со щелью, 2 - объектив.
Рис.1.
Параллельный пучок лучей выходящий иэ коллиматора, задаёт в пространстве некоторое базовое направление, относительно которого отсчитываются измеряемые углы.
Назначение и принцип работы зрительной трубы
Зрительная труба - оптический прибор для визуального наблюдения за удалёнными объектами и для точного определения направления на рассматриваемый объект.
В гониометре зрительная труба служит для фиксации в пространстве направления совпадающего с оптической осью трубы. Простейшая зрительная труба Кеплера, оптическая схема которой приведена на рис.2, состоит из объектива, окуляра,* сетки с перекрестием.
Ход лучей в зрительной трубе Кеплера
1-объектив, 2-сетка, 3-окуляр, 4-глаз наблюдателя, f1 и f2 - фокусные расстояния объектива и окуляра, - угол, под которым виден объект без зрительной трубы, ω΄- угол, под которым наблюдается изображение объекта в трубе.
Рис. 2.
С помощью объектива получают оптическое изображение удалённого объекта наблюдения, а с помощью окуляра рассматривают это изображение под увеличенным углом зрения. Изображения предметов, удалённых на бесконечность, будут лежать в задней фокальной плоскости объектива, совпадающей с передней фокальной плоскостью окуляра. Поэтому пучки параллельных лучей, вошедшие в трубу, выходят из неё также в виде системы параллельных лучей. Такие оптические системы называются телескопическими или афокальными, т. е. не имеющими фокусов.
* Объектив - это обращённая к объекту часть оптической системы, формирующая действительное изображение объекта.
* Окуляр - это обращённая к глазу наблюдателя часть оптической системы, которая служит для визуального рассмотрения действительного изображения, сформированного объективом.
Телескопическая система без глаза изображения не даёт, однако, она изменяет наклон пучков, что обеспечивает увеличение углов поля зрения. Поэтому такие системы характеризуются обычно угловым увеличением.
Угловое увеличие зрительной трубы можно определить с помощью рис.2. Удалённый объект наблюдения виден невооружённым глазом под углом ω , а его оптическое изображение - под углом ω΄. Отношение этих углов или их тангенсов (что безразлично, вследствии малости углов) можно найти из треугольников с вершинами в точках 01 и 02 и общим основанием h.
γ = tgf1/tgf2 = f1/f2 (1)
здесь γ - угловое увеличение зрительной трубы.
f1 f2 - фокусные расстояния объектива и окуляра.
В общей фокальной плоскости объектива и окуляра установлена сетка с перекрестием, которая и обеспечивает возможность не только наблюдать удалённые объекты, но и определять направления на них. Так, изображение удалённого объекта, получится в центре перекрестия лишь в том случае, если направление на объект совпадает с главной оптической осью зрительной трубы. Совмещение изображения наблюдаемого объекта с перекрестием представляет собой наведение оси трубы на объект.
Фокусировка на резкость различно удалённых объектов наблюдения осуществляется при помощи дополнительной рассеивающей линзы, установленной между объективом и окуляром. Перемещением этой линзы удаётся приводить в переднюю фокальную плоскость окуляра изображения объектов различно удалённых от наблюдателя при неизменной длине трубы.
Если направить пучок света коллиматора на зрительную трубу (рис.3), то в поле зрения окуляра будет видно изображение освещаемой щели коллиматора, причём резкость изображения не зависит от расстояния между трубой и коллиматорам.
Работа коллиматора совместно со зрительной трубой
Изображение щели остаётся неподвижным при любом смещении коллиматора не изменяющим ориентацию в пространстве. Но поворот оси
коллиматора относительно оси зрительной трубы вызывает сдвиг этого изображения.