Гониометра
ГОНИОМЕТР. Горизонтальный лимб 1 (круг) гониометра разделен на градусы или их части. В центре лимба находится предметный столик А, на который ставится дифракционная решетка. Столик может вращаться около вертикальной оси. Угловое положение столика с решеткой отсчитывается по угловому нониусу N2, скользящему по лимбу. На штативе гониометра неподвижно укреплена коллиматорная труба К с вертикальной щелью S. Коллиматор посылает на решетку узкий параллельный пучок лучей. Против коллиматора находится труба М, которая может вращаться вокруг вертикальной оси, проходящей через центр лимба. Угловое положение трубы фиксируется при
помощи нониуса N1. В окуляре оптической трубы М помещен крест нитей, устанавливаемый в процессе работы на линии дифракционного спектра при
измерении углов φ, образованных направлениями главных максимумов с неотклоняемыми решеткой лучами.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ: Дифракцией волн называется огибание волнами небольших препятствий или краев отверстий, соизмеримых с длинной волны. Совокупность узких параллельных щелей с одинаковой шириной, соизмеримой с длинной волны, расположенных на равных расстояниях друг от друга, называется дифракционной решеткой.
Если на дифракционную решетку направить пучок параллельных лучей с одинаковой длинной волны, то часть пучка пройдет через решетку по первоначальному направлению, а часть отклонится от первоначального
направления на угол φ. Этот угол носит название угла дифракции. Его величина зависит от расстояния между серединами двух соседних щелей (а+b) и длины
волны А, падающего света.
Если собрать прошедшие сквозь дифракционную решетку лучи в фокусе линзы, то наибольшая интенсивность света окажется в точке, соответствующей
углу φ=0. Следующие максимумы интенсивности получаются в точках,
соответствующим углам φк, удовлетворяющим уравнению:
(a+b)sin φк = kλ (1), где (а+b) - постоянная решетки,
k - порядок дифракционного спектра (k =0,1,2,...).
Формула (1) показывает, что, зная (а+b), φк и k, можно найти длину световой волны.
Для измерения углов дифракции в этой работе применяют гониометр. На столике гониометра перпендикулярно к оси коллиматора устанавливают дифракционную решетку. Щель коллиматора освещают лампой.
Если установить зрительную трубу по направлению оси коллиматора, то в поле зрения трубы мы увидим нулевой центральный максимум (изображение щели коллиматора).
Смещая трубу вправо или влево, увидим сначала спектр первого порядка. При дальнейшем поворачивании трубы в поле зрения ее окажутся спектр второго порядка и т.д..
Для определения угла дифракции какой-либо волны необходимо навести визирную лампу зрительной трубы на линию соответствующего цвета в желаемом порядке справа или слева от нулевого максимума.
Пусть отсчет положения трубы от нуля шкалы гониометра при наводке
слева будет α и справа β. Тогда разность отсчетов β-α дает удвоенный угол дифракции.
Порядок выполнения работы
Прочесть описание гониометра.
Направить коллиматор на лампу. Проверить, стоит ли дифракционная решетка перпендикулярно к выходящему из коллиматора пучку лучей.
Навести зрительную трубу на центральный дифракционный максимум. Перемещением трубы окуляра добиться отчетливого изображения нити, натянутой в окуляре и отчетливого изображения щели коллиматора.
Навести пересечение нитей на синюю линию в спектре первого порядка сначала слева, затем справа. При каждой установке отсчет положения трубы производить по нониусу так, что
где α и β - отсчет по нониусу.
Повторить измерения, указанные в пункте 4 для красной линии в спектре второго порядка.
Определить углы дифракции по формуле:
Вопросы и задания для подготовки к лабораторной работе №4
"ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ СВЕТОВОЙ ВОЛНЫ С ПОМОЩЬЮ
ДИФРАКЦИОННОЙ РЕШЕТКИ"