Дослідження дисперсійних властивостей скляної призми в області видимого світла спектрометром ГС 5

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Казанський державний університет
Зеленодільський філія
Лабораторія оптики
Лабораторна робота № 1.3
ДОСЛІДЖЕННЯ Дисперсійні властивості СКЛЯНОЇ ПРИЗМИ
В області видимого світла СПЕКТРОМЕТРІЇ ГС-5

Лабораторна робота № 1.3

Дослідження дисперсійних властивостей скляній призми

в області видимого світу спектрометром ГС-5

У роботі викладається метод визначення показника заломлення ізотропного твердого, прозорої речовини за вимірюваним заломлюючої кутку призми з даної речовини і за кутом найменшого відхилення паралельного пучка монохроматичного світла, що пройшло призму. Дається поняття про визначення дисперсії скляної призми і визначенні роздільної здатності призми, якщо відома ширина світлового пучка, що падає на призму.
Спектрометричний спосіб визначення показника заломлення за допомогою спектрометра (гоніометра) найменшого кута відхилення тригранної призмою. Кутом відхилення променів називають кут, утворений променем, що падає на призму, і променем, що виходить з неї. Кут А у вершини призми є її заломлюючим кутом, а межа, що лежить проти цього кута, носить назву підстави призми. Дві інші грані, що утворюють кут А, є заломлюючим гранями призми.
Залежність між показником заломлення речовини призми, її заломлюючим кутом А і кутом відхилення d променів виявляється найбільш простий у тому випадку, коли кут падіння на першу грань дорівнює куту заломлення на другий грані. У цьому випадку кут відхилення має найменшу величину, а показник заломлення може бути розрахований за такою формулою:
. (1)
Кути А і d вимірюються гоніометром, який складається з наступних вузлів: зорової труби, коліматора, підстави з осьовим системою і столика, на якому укріплена досліджувана призма. Більш докладно пристрій і експлуатацію гоніометра-спектрометра ГС-5 вивчіть за описом, що додається до даного приладу.
Увага! Гвинти, помічені червоними кружечками на столику спектрометра не чіпати!

Вправа 1

Визначення заломлюючого кута призми

Заломлює кут призми визначають методом відображення. Перед щілиною коліматора ставлять освітлювач ОІ-19. Між коліматором і зорової трубою встановіть кут близький до 90 °. Спостерігаючи в трубу і обертаючи столик з призмою спочатку від руки, а потім мікрометричним гвинтом, поєднайте зображення щілини коліматора, отримане від першої межі призми, з вертикальною ниткою перехрестя сітки труби. Видима ширина щілини повинна бути в 2-3 рази більше товщини штриха сітки.

А = 180 °-j, де j = А 1-А 2.
Рис. 1.
Закріпивши столик у цьому положенні, зняти відлік А 1.
При цих вимірах верхня частина столика повинна бути закріплена. Для необхідних поворотів столика відкріплюється тільки нижня частина. Звільнивши нижню частину столика і повернувши його до сполучення зображення щілини, отриманого від другої грані, з ниткою перехрестя сітки труби, зняти відлік А 2. Заломлює кут А визначити як різницю між 180 ° і виміряним кутом.
Вправа 2
Визначення кута найменшого відхилення та показника
заломлення скляної призми
Вимірювання кута найменшого відхилення проводять таким чином. Поміщають ртутну лампу перед щілиною коліматора, запалюють її і повертають столик так, щоб бісектриса заломлюючого кута призми утворила з віссю коліматора гострий кут, близький до 45 °. Нехай при цьому основа призми лежить праворуч від спостерігача.
При вимірі кутів найменшого відхилення нижня частина столика повинна залишатися закріпленої, а поворот столика з призмою здійснюється при звільненні його верхньої частини.
Примітка. Ртутну лампу запалюють наступним чином: за допомогою автотрансформатора подайте таку напругу на лампу, щоб струм, що проходить через лампу, був близько 2-х ампер. У міру входження в режим струм лампи буде падати. Струм при сталому режимі (через 5-7 хв після включення) дорівнює 1-2 ампера. При меншому струмі лампа може згаснути, тому необхідно деякий час підтримувати автотрансформатором струм не нижче 1,2 ампера, а після припинення зміни струму можна приступати до роботи.
Перед початком роботи необхідно переконатися, що світловий потік достатньо добре висвітлює грань призми. Для цього встановіть ширину щілини порядку 0,5 мм, за призмою помістіть білий екран і, переміщаючи джерело світла, добийтеся максимальної освітленості цього екрану. Після цього щілину знову повинна бути зменшена до колишніх розмірів (0,02 мм).
Розташувавши столик з призмою так, як зазначено вище, обертають зорову трубу вправо (до основи призми) до тих пір, поки досліджувана лінія ртуті не з'явиться у полі зору труби. Встановивши на неї нитку сітки зорової труби, обертають верхню частину столика так, щоб спектральна лінія рухалася у бік невідхиленого променя. Якщо лінія буде виходити з поля зору труби, то слідом за нею рухають зорову трубу. Цю операцію проводять до тих пір, поки лінія при обертанні столика не зупиниться і не почне рухатися назад.
Момент зміни напрямку руху лінії і є те положення призми щодо коліматора, при якому світлові промені йдуть під найменшим кутом відхилення.
Закріпивши трубу, поєднують її нитка перехрестя з лінією і ще раз перевіряють установку призми в положенні кута найменшого відхилення. Ввівши необхідне коректування установки зорової труби на лінію, роблять відлік по лімбу положення труби (В 1). (Методику відліку по лімбу дивіться в описі до приладу).
Аналогічні операції проведіть і для решти зазначених у таблиці ліній, для яких визначаються кути найменшого відхилення, кожен раз переконуючись, що призма встановлена ​​в положенні кута найменшого відхилення світлового пучка.
Після цього повертають столик з призмою у симетричне положення (підставою призми вліво) і аналогічним чином повторюють попередні вимірювання для тих же ліній. Таким чином будуть визначені положення зорової труби (В 2), при найменшому відхиленні променя в іншу сторону від невідхиленого. Слід пам'ятати, що зміщуючи лінію, як і раніше, у бік невідхиленого променя, вона в полі зору труби буде зміщуватися в іншу сторону, в порівнянні з першим виміром.
Отримавши два симетричних (по відношенню невідхиленого променя) відліку положення зорової труби В 1 і В 2, можна для кожної лінії визначити кут найменшого відхилення.
.
Показники заломлення скляній призми n i для кожної довжини хвилі визначаються за формулою (1).
Дані вимірювань і результати обчислень занести в таблицю 1.
Таблиця 1

Лінії ртуті
l, мкм
У 1
У 2

n i
1
червона
0,691
2
червона
0,623
3
жовта
0,579
4
зелена
0,546
5
синьо-зелена
0,492
6
синя
0,436
7
фіолетова
0,405
Визначення дисперсії і роздільної сили скляної призми
Використовуючи дані вправи 2, побудуйте графік залежності показника заломлення від довжини хвилі n = f (l) (вказівки: по осі абсцис відкладіть довжини хвиль в мікронах (мкм), починаючи з 0,4 до 0,7 мкм, в масштабі 50 мм на 0,1 мкм, по осі
ординат - показники заломлення, починаючи зі значення 1,72 до 1,78 в масштабі 25 мм на 0,01).
Далі за графіком визначте величину дисперсії скла (важкий флінт) поблизу довжин хвиль 0,7 мкм, 0,62 мкм, 0,55 мкм, 0,46 мкм, 0,4 мкм.
Дисперсія за графіком, як відомо, може бути визначена тангенсом кута нахилу дотичної до осі довжин хвиль, проведеної в відповідної точці графіка. (Зважаючи на різного масштабу по осях n і l тангенс кута нахилу дотичної слід визначати відношенням відрізків, відсікається дотичними на обох осях, виміряних в одиницях обраних масштабів).
Для характеристики відносної зміни дисперсії по всьому спектру введемо величину . Тут D - Дисперсія для даної хвилі, а D 0-дисперсія на початку спектру (l = 0,7 мкм).
В цьому випадку розмір g показує у скільки разів дисперсія поблизу хвилі l більше дисперсії на початку спектру (l 0).
За отриманими результатами складіть таблицю 2 і побудуйте графіки залежності і .
Таблиця 2
l, мкм
0,7
0,62
0,55
0,46
0,4
D, 1/мкм
g

Для побудови зазначених графіків на осі абсцис виберіть масштаб такої ж, як і в графіці . Вісь ординат ліворуч оцифрують для величини дисперсії D (масштаб: 20мм на 0,1 1/мм), а праворуч - для величини g (Масштаб: 10мм на одиницю g).
На закінчення визначте роздільну силу скляної призми за формулою (Де b - ширина підстави призми, рівна 26 мм) поблизу довжини хвилі 0,6 мкм. Знаючи ж розрізнювальну силу R, визначте граничну різницю довжин хвиль (у ангстремах) двох близьких ліній, дозволених даної призмою поблизу вказаної довжини хвилі l = 0,6 мкм.

ПИТАННЯ ПО ТЕМІ

1. Покажіть заломлює кут для призми і кут відхилення.
2. Як пов'язані кут відхилення, показник заломлення і заломлює кут, якщо заломлює кут малий?
3. Як змінюються кут падіння і кут відбиття світла, що падає на призму, при повороті призми на кут a?
4. Виведіть формулу для роздільної сили призми.
5. Дайте визначення дисперсії.
6. У якому напрямку (до основи призми або від основи) відхиляються промені, якщо показник заломлення n   для призми n> 1? n <1?
7. Який з променів (синій або червоний) відхиляється сильніше, якщо > 0, якщо > 0?
8. За рахунок чого досягається висока точність відліку кута заломлення призми в спектрометрі ГС-5?
9. Покажіть можливу схему спектрометра для спостереження спектральних ліній на екрані?

ЛІТЕРАТУРА

1. Г. С. Ландсберг, «Оптика», 1976, § 86, стр.313-318, § § 154-156, стр.539-563.
2. Д. В. Сивухин, «Загальний курс фізики. Оптика », 1980, § 16, стр.107-114, § 49, стр.321-324.
3. Ф. А. Корольов, «Курс фізики», 1974, § 29, стор.174-177.
4. А. М. Матвєєв, «Оптика», 1985, § 15, стор.88-94.
5.І.В.Савельев, «Курс загальної фізики», 1967, т.3, § 1, стор.10-13.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Фізика та енергетика | Лабораторна робота
42.7кб. | скачати


Схожі роботи:
Дослідження дисперсійних властивостей скляної призми в області видимого світла спектрометром ГС-5
Визначення частотної дисперсії скляної призми за допомогою гоніометра
Вплив видимого світла на організм людини
Експериментальне дослідження світлового поля джерела видимого і
Маркетингове дослідження ринку безбарвної скляної тари
Вивчення кластерів та їх властивостей в області хімії
Дослідження властивостей грибів
Дослідження властивостей чаю
Дослідження явища дифракції світла на компакт-диску
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru