laby_2_semestr_fizika

152

труба 7, с помощью оптической системы передается в окуляр 4 отсчетного устройства (левое окно), как показано на рис.9.40.

Одновременно в этом окуляре наблюдается изображение диаметрально противоположного участка лимба, которое видно внизу перевернутым. На лимбе нанесены цифры через 1(289 , 290и 109 , 110 ). Цена одного деления лимба 20 .

Для снятия отсчета маховик–регулятор 3 (рис.9.39) на алидаде 2 осторожно вращают, наблюдая левое окно в окуляре 4 отсчетного устройства, до совмещения верхних и нижних штрихов (пунктир на рис.9.40).

Значение угла отсчитывается следующим образом:

число градусов будет равно ближайшей верхней цифре слева от визира (289 на рис.9.40);

число десятков минут равно числу делений между риской, соответствующей измеренному числу градусов (289 ) на верхней шкале и риской на нижней перевернутой шкале, значение которой отличается от верхней на 180(109 ). На рис.9.40 таких делений три, следовательно отсчет – 30 ;

число единиц минут отсчитывается по шкале микрометра (правое окно) по левому столбцу чисел (3на рис.9.40);

секунды отчитываются по шкале микрометра – правый столбец цифр от 0 до 60. На рис.9.40 это значение равно 55.

Следовательно рис.9.40 соответствует отсчету 289 3355.

Порядок выполнения работы

1.Установить дифракционную решетку 8 (рис.9.39) на столике 9 гониометра перпендикулярно оси коллиматора 10.

2.Установить ртутную лампу 12 окном к щели 13 коллиматора. Включить ртутную лампу в сеть (220В).

3.Подключить гониометр к сети (220В) и включить на его корпусе тумблер «вкл.».

4.Установить зрительную трубу 7 соосно с коллиматором 10, наблюдая в окуляре 5 белую нулевую линию (изображение щели коллиматора). При необходимости: винтом 6 наводки на резкость добиться четкого видения изображения щели в окуляре; винтом 11 регулировки ширины щели установить ее наблюдаемую в окуляре

ширину ~1мм.

5. Навести зрительную трубу на первую спектральную линию слева от нулевой. Совместить эту спектральную линию с перекрестием нитей в окуляре 5. Для этого вращать зрительную трубу 7 сначала от руки при отпущенном зажимном винте 1, затем, фиксируя винт 1, использовать винт 14 точного вращения.

153

6. По описанной выше методике через окуляр 4 отсчетного устройства произвести отсчет угла 1 для данной спектральной линии. Результат занести в табл.9.11.

7. Навести зрительную трубу на каждую спектральную линию слева от нулевой линии для спектров первых трех порядков (k = 1, 2, 3). Произвести отсчет углов 1 и результаты измерений записать в табл.9.11.

8.Повторить измерения по п.7 для трех порядков спектров справа от нулевой линии, измеряя 2.

9.Определить среднее

sin и по формуле (9.79) определить длины волн . Период решетки

155

Методика измерений

Выражение для главных максимумов на дифракционной решетке

(9.14)

дает возможность по известному периоду дифракционной решетки (а + b)

По измеренным длинам волн для двух линий одного порядка k можно экспериментально определить значение угловой дисперсии в соответствии с формулой (9.17)

где – разность длин волн линий, – разность соответствующих этим линиям углов.

Также, зная число освещенных штрихов N, можно по формуле (9.16) экспериментально оценить разрешающую способность R решетки

Экспериментальная установка

Для изучения спектра и точного определения углов отклонения спектральных линий применяются спектрометры (рис.9.42).

3

2

1

Рис. 9.42

156

Спектрометр состоит из штатива 1, на котором закреплены: горизонтальное кольцо 3, снабженное лимбом, и столик 5 для установки дифракционной решетки. Над столиком расположена горизонтальная зрительная труба 4, вращающаяся вокруг вертикальной оси, проходящей через центр столика.

На одном уровне с трубой имеется неподвижный коллиматор 6 с линзами и узкой щелью, обращенной к источнику света. Источником света в данной работе служит ртутная лампа. Ширину щели коллиматора можно регулировать.

Окуляр зрительной трубы имеет вертикальную нить для визирования на щель коллиматора. Если оси зрительной трубы и коллиматора совпадают, то при освещении щели белым светом в окуляре наблюдается белая линия (центральный максимум с k = 0).

Измерение углов дифракции осуществляется следующим образом. Зрительная труба поворачивается вправо и влево от центрального максимума (см. рис.9.43) и наводится на соответствующие линии в

Рис. 9.43

Целое число градусов определяется по значению на лимбе кругового кольца перед нулевым делением нониуса. Затем измеряется число делений нониуса до совпадающих рисок на шкалах лимба и нониуса. Цена каждого деления нониуса 6 .

На рис.9.44 показан пример измерения для угла 1 = 86 + 6дел 6= 86 36 .

159

3

12В

4

А

Рис. 9.45

При этом колебания электрического вектора Е в падающем на стопу № 2 луче происходят преимущественно в плоскости падения (частичная поляризация).

Свет от лампы 1 с «точечной» нитью в виде светлой вертикальной полосы проходит через коллиматорный объектив 2 так, что формируется параллельный пучок лучей (лампа в фокальной плоскости объектива). Проходя через стопу № 1 и проходя (и отражаясь) через стопу № 2, свет попадает на фотоэлемент 6, расположенный на подвижной линейке 4 с риской 3, фиксирующей угловое положение фотоэлемента. На рис.9.45 изображена освещенная часть 7 поверхности фотоэлемента 6.

Указатель на стопе № 2 также фиксирует ее угловое положение. Стопа №1 закреплена на неподвижной линейке так, что свет падает на нее под углом Брюстера (9.20) i0 = 57для стекла. Отраженный от стопы № 1 луч будет полностью поляризован, а проходящий – поляризован частично. Поэтому на стопу № 2 падает частично поляризованный луч. В работе используются стопы, состоящие из 9 пластин.

Экспериментальная часть работы заключается в измерении интенсивности света, отраженного стопой № 2 и проходящего через нее. Величина фототока, пропорциональная интенсивности света, падающего на фотоэлемент 6, измеряется гальванометром 5.

160

Изменение угла падения луча осуществляется поворотом стопы № 2 относительно падающего луча, направление которого фиксировано.

Порядок выполнения работы

1. Включить лампу осветителя (12В). Луч света (резкая светящаяся вертикальная полоса) должен проходить по линии, соединяющей 0 и

180на лимбе, попадая в центры стоп и фотоэлемента.

2.Установить стопу № 2 так, чтобы угол падения i (угол между

нулем нимба и стрелкой стопы 2) был равен 20 .

3. Измерить интенсивность отраженного света (Jr). Для этого открыть крышку фотоэлемента 6, размещая подвижную линейку 4 с фотоэлементом в области ~40 на лимбе так, чтобы показание гальванометра 5 было максимальным (рис.9.45). Это показание гальванометра является мерой интенсивности Jr отраженного света. Значение Jr записать в табл.9.15.

Jd

J= Jr + Jd

4.Измерить интенсивность проходящего света (Jd). При этом положение стопы № 2 определяется по табл.9.15. Фотоэлемент устанавливают за стопой № 2 таким образом, чтобы показание

гальванометра было максимальным. Измеренные значения фототока Jd занести в табл.9.15.

5.Отключить лампу осветителя.

6.Для каждого измерения найти интенсивность падающего света как сумму интенсивностей отраженного и проходящего света J = Jr + Jd.

7.Определить среднее значение интенсивности падающего света J :

8. Построить графики зависимости коэффициентов отражения = f(i) и пропускания = f(i) от угла падения луча и проанализировать их.